IMOBILIZAÇÃO ENZIMÁTICA: UMA ALTERNATIVA BIOTECNOLÓGICA PARA A ECONOMIA DE PROCESSOS

A biotecnologia industrial é voltada à aplicação de bioprocessos para a produção de bioprodutos a partir de matérias-primas renováveis. A atual indústria de enzimas é o resultado de um rápido desenvolvimento visto principalmente nas últimas décadas, devido à evolução da biotecnologia moderna.
Nesse cenário, o processo de imobilização enzimática representa uma alternativa bastante interessante, visto que produz operações econômicas contínuas, automação, alta relação investimento/capacidade e recuperação de produto com maior pureza.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase interna, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

MICROESFERAS EM FASES INTERNA 

 A principal demanda atual da indústria biotecnológica é o aumento da produtividade enzimática e desenvolvimento de novas técnicas para aumentar sua estabilidade. Estes requisitos são fundamentais para viabilizar o uso de biocatalisadores em larga escala. A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.

As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se em fase interna do suporte. As microesferas são passíveis de reúso e as amilases imobilizadas nesse suporte polimérico possuem diversas aplicações na indústria no que se refere a hidrólise do amido em açúcares redutores. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase única BR1020180678558 e Fase Externa BR10 2018 067854 0.

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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CONTROLE DA ATIVAÇÃO DE GENES DE INTERESSE POR INTEGRASES RESPONSIVAS A ESTÍMULOS

O campo da Engenharia Genética, dentro da Biologia Molecular, permite a construção de novos sistemas biológicos, como células e organismos transgênicos, com características desejáveis a uma determinada finalidade. Nesse contexto, o desenvolvimento de mecanismos de controle da expressão de genes é fundamental para o aperfeiçoamento de organismos transgênicos.

Um dos principais mecanismos de regulação da expressão de genes é pela associação a sequências de DNA responsáveis pela ancoragem de proteínas iniciadoras da transcrição gênica – denominadas “promotores” – que podem ser responsivos a estímulos químicos, físicos ou biológicos. Dessa forma, a exposição a determinado estímulo promove ou reprime a expressão do gene a que está associado.

Além disso, a posição da sequência de DNA do promotor em relação ao gene de interesse, seja à montante ou à jusante, determina a expressão desse gene. Por isso, proteínas integrases, responsáveis por extrair e introduzir genes em um cromossomo, podendo fazê-lo na posição original ou alterada, podem ser utilizadas como ferramenta para edição e controle gênico em uma célula transgênica.

Sabendo disso, pesquisadores da Universidade de Brasília e da EMBRAPA desenvolveram a presente tecnologia que consiste em métodos, sequências e construções gênicas para o controle da expressão gênica utilizando promotores responsivos a estímulos externos e integrases do tipo serina-integrases, com o intuito de produzirem células transgênicas vegetais e animais para observar a formação de interruptores genéticos, resultando em ativação ou inativação no momento desejado e posterior montagem de biocircuitos lógicos.

VANTAGENS

• Tecnologia promissora para a montagem e engenharia de rotas metabólicas na Biologia Sintética;
• Possibilidade da construção computacional e síntese em laboratório de componentes biológicos como peças para a produção de um processador biológico binário ou biocircuitos;
• Utilização para inserção de sequências gênicas de interesse em diferentes locais do genoma.

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O QUE É A CARBOXILOSE? DESCUBRA AGORA AS VANTAGENS DA CELULOSE MODIFICADA

A modificação e funcionalização da celulose é uma maneira de se obter produtos com maior valor agregado quando comparados com os principais produtos derivados de celulose: o papel e o papelão. Há diversas possibilidades de modificação da estrutura celulósica, originando distintos derivados, como o nitrato de celulose, a carboximetilcelulose, acetato de celulose, entre outros.

Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram processos de obtenção de um material derivado da celulose modificada, onde suas hidroxilas são substituídas por grupos carboxílicos, denominando a presente tecnologia como “carboxilose”.

PROCESSOS DE OBTENÇÃO DE CELULOSE MODIFICADA - CARBOXILOSE - E SUAS APLICAÇÕES COMO ADITIVO

Derivados de celulose podem ser encontrados em distintos setores, tais como alimentício, saúde, têxtil, de bens de consumo, farmacêutico, cosmético, entre outros. Atualmente, na produção de formulações para comercialização, seja na indústria farmacêutica, alimentícia entre outras, é indispensável o uso de aditivos. Aditivos de origem natural são preferidos em razão de aditivos totalmente sintéticos, em função do apelo, seja em função da menor ou ausência de toxicidade destes, ou mesmo pelo pressuposto de serem materiais
advindos de fontes renováveis e com maior biodegradabilidade.

A carboxilose atua como aditivo, podendo ser utilizado na adsorção de íons metálicos como antioxidantes e em água como antiumectante, modificadores de propriedades físico-químicas de substâncias ou misturas, como por exemplo a viscosidade, densidade e pH. Pode ser utilizado como texturizador, estabilizante e antimicrobiano, antifúngico e conservante, além de poder ser utilizado em produtos ou nas embalagens dos mesmos.

A presente invenção refere-se a processos de síntese da carboxilose, derivado da celulose microcristalina, que traz elevada capacidade de utilização em aditivos alimentares, embalagens e adsorventes. Tais características conferem a este produto um potencial para utilização em aplicações na indústria alimentícia, de produtos da área de saúde, cosméticos e produtos de limpeza.

VANTAGENS

• Eficácia: Possui atividade de inibição microbiológica, apresentando eficaz atividade antifúngica e bactericida, atuando como conservante, seja na formulação produtos ou mesmo na formulação de embalagens, tais como papéis, borrachas ou plásticos, ou em produtos, tais como cosméticos, alimentos, saúde, limpeza e etc;
• Eficiência: Apresenta atividades antioxidante e antiumectante;
• Qualidade: Propriedades superiores quando comparadas com seu precursor, celulose, como solubilidade em meio aquoso e possibilidade do material permanecer em forma iônica e/ou atuar como um material de caráter anfótero;
• Sustentabilidade: Utilização em escala industrial seguindo princípios da Química Verde e do Desenvolvimento Sustentável.

Agenda 2030 da ONU:

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REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS

Dados os efeitos de aquecimento global, existe uma crescente demanda tanto da sociedade quanto dos governos sobre práticas industriais que invistam em processos de produção mais limpos com máxima redução e reaproveitamento de resíduos. Além disso, a utilização de energias limpas e combustíveis limpos ou alternativos também são uma necessidade do mundo atual. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004), a destinação final de resíduos industriais deve obedecer a critérios e recomendações específicas para cada caso, de forma que sejam, preferencialmente, reaproveitados ou transformados em produtos de valor agregado, apresentando benefícios ao meio ambiente. Neste contexto, é conhecido que a produção de latas de alumínio gera um resíduo oleoso originado, em sua maioria, da linha de frente de sua produção. Este resíduo é uma mistura de diferentes substâncias, onde segundo a NBR 10004, trata-se de um resíduo classe II, não inerte (resíduo orgânico industrial).

GRAXA LUBRIFICANTE ALTERNATIVO A PARTIR DA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), com a finalidade de propor alternativas de destinação mais nobre aos resíduos gerados durante o processo de fabricação de latas de alumínio, desenvolveram um processo de obtenção de uma graxa lubrificante a partir do resíduo oleoso oriundo da fabricação de latas de alumínio.

A presente invenção situa-se no campo da química tecnológica e refere-se à produção de uma graxa lubrificante de lítio. A produção da referida graxa é preveniente de resíduos oleosos industriais oriundos da fabricação de latas de alumínio. Tal graxa lubrificante pode ser utilizada em máquinas e equipamentos, minimizando o atrito entre as superfícies de contato.

VANTAGENS

• Sustentabilidade: Permite reaproveitar um resíduo classe II, causando menos danos ao meio ambiente;
• Custo Benefício: Promove um novo faturamento no processo de fabricação de alumínio;
• Inovação: Adiciona uma nova graxa lubrificante ao mercado, que é aplicável em máquinas e equipamentos.

Agenda 2030 da ONU:

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TRATAMENTO EFICAZ PARA INFECÇÕES FÚNGICAS SISTÊMICAS

As infecções fúngicas sistêmicas são grandes causadoras de morbidade e mortalidade, principalmente em indivíduos que apresentam sistema imunológico deficiente. Além disso, há um aumento nas incidências de infecções hospitalares causadas por patógenos, como os fungos dos gêneros Candida spp. (causador da candidíase), Cryptococcus spp. (causador da criptococose) e Paracoccidioides spp. (causador da paracococcidioidomicose).
Com isso, a busca de novas alternativas antifúngicas baseada na estrutura e no mecanismo de ação tem se mostrado uma estratégia eficiente e menos onerosa.

Nesse cenário, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília, da Universidade Estadual de Maringá e da Universidade Federal do Mato Grosso desenvolveram a composição farmacêutica baseada em compostos 1,3,4-oxadiazólicos e seu uso na preparação de medicamentos para tratamento de infecções sistêmicas.

COMPOSIÇÃO FARMACÊUTICA BASEADA EM COMPOSTOS 1,3,4-OXADIAZÓLICOS NO TRATAMENTO DE INFECÇÕES SISTÊMICAS

As infecções fúngicas representam cerca de 6% de todas as infecções associadas à assistência à saúde, especialmente na crescente população de pacientes imunocomprometidos. Geralmente, o tratamento de infecções fúngicas invasivas é restrito a três classes de agentes antifúngicos principais: azólicos, polienos e equinocandinas. Porém, medicamentos antifúngicos contendo tais agentes apresentam desvantagens como toxicidade, surgimento de resistência, interações medicamentosas complexas e limitações significativas na atividade antifúngica.

Além disso, o número de medicamentos antifúngicos disponíveis para o tratamento de infecções sistêmicas é limitado, demonstrando a necessidade urgente da descoberta de novas terapias alternativas.

A presente invenção se enquadra no contexto da química farmacêutica e se refere a duas composições farmacêuticas com alvo de ação na enzima tioredoxina redutase de fungos, que é útil no tratamento de infecções humanas causadas por microrganismos do gênero Candida spp., Cryptococcus spp. e Paracoccidioides spp.

Neste contexto, a tecnologia desenvolvida representa uma alternativa viável de tratamento de infecções como a candidíase, a criptococose e a paracococcidioidomicose, apresentando índices de resposta semelhantes à drogas de referência, baixos índices de citotoxicidade e eficiência no tratamento in vivo.

VANTAGENS

• Compostos com atividade antifúngica mais eficaz (em relação aos antifúngicos convencionais);
• Composições não apresentam toxicidade ou citotoxicidade in vivo.

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FECHAMENTO E VEDAÇÃO EM REATORES QUÍMICOS

O fechamento e vedação de reatores químicos são fatores imprescindíveis para prevenir o vazamento de produtos químicos, que podem ser nocivos ao meio ambiente e comprometer as condições de trabalhos dos operários ou técnicos de laboratório.

Em muitas situações, a vedação requer atenção a temperatura, acabamento, pressão e estado físico do reator e dos fluidos envolvido. Portanto, a tampa e os elementos de vedação devem se adequar a esses aspectos para que se evitem riscos de vazamento e até mesmo de acidentes. Tais acidentes podem provocar prejuízos de ordem financeira e ambiental.

Alguns dispositivos de fechamento e vedação de reatores químicos são limitados a abertura pós resfriamento, isso se deve, muitas vezes, ao formato do dispositivo e/ou tipo de material utilizado no processo. Contudo, os níveis de segurança associados a diferentes processos dos reatores, demandam cada vez mais uma necessidade por dispositivos eficientes, robustos e confiáveis.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) desenvolveram um dispositivo para fechamento e vedação com geometria cônica para reatores químicos.

DISPOSITIVO PARA FECHAMENTO E VEDAÇÃO DE REATORES QUÍMICOS DE BAIXA OU ALTA PRESSÃO

A presente invenção refere-se a um sistema de fechamento e vedação com geometria cônica para reatores químicos que operam em regimes de baixa ou alta pressão, e altas temperaturas. Em particular, a invenção trata-se de um dispositivo de fechamento e vedação para reatores químicos, que operam a vácuo ou com pressões nanométricas positivas e submetidos a temperaturas elevadas. Estes reatores químicos se situam no campo de equipamentos laboratoriais e industriais, utilizados em processos químicos com etapas sujeitas a altas e baixas pressões e altas temperaturas.

VANTAGENS 

• Segurança: Promove maior segurança ao meio ambiente e aos operários na execução de processos com reatores químicos;
• Eficiência: Promove o fechamento e a vedação de reatores químicos em baixas e altas variações de temperatura e pressão;
• Praticidade: Apresenta um sistema que facilita a abertura do reator após reações conduzidas a elevadas temperaturas.

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UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS VEGETAIS PARA PRODUÇÃO DE COMPOSTOS DE INTERESSE INDUSTRIAL

O processamento de biomassa vegetal para liberação e conversão de açúcares de interesse industrial tem ganhando espaço nos últimos anos, pela busca de fontes de matérias-primas e formas de produção mais sustentáveis.

Um dos produtos de interesse derivado da conversão de açúcares da biomassa é o ácido xilônico, que tem aplicações diversas tais como na produção de 1,2,4-butanotriol, como agente de complexação, como um aditivo do concreto, e outras aplicações nas áreas alimentícia, farmacêutica e na agricultura.

A síntese do ácido xilônico pode se dar a partir de xilose graças a atuação de microrganismos, especialmente bactérias, que produzem a enzima xilose desidrogenase primordial para essa reação. No entanto, ainda há poucas enzimas de xilose desidrogenase identificadas, além de que nenhum método havia sido estabelecido para a produção comercial de ácido xilônico. Somado a isso, os reagentes necessários para cultivar as bactérias em laboratório são muito caros para produção em larga escala de ácido xilônico.

Buscando alternativas para superar esse problema, pesquisadores da Universidade de Brasília e da EMBRAPA desenvolveram uma levedura recombinante modificando por engenharia genética indivíduos da espécie Komagataella phaffii, que apresenta excelente capacidade de produzir proteínas heterólogas, baixo requerimento nutricional e capacidade de atingir altos níveis de biomassa celular, mesmo em meio ácido. Naturalmente, essa levedura não é capaz de produzir ácido xilônico, porém ao ser geneticamente modificada com o inserto do gene que produz a enzima xilose desidrogenase, ela se torna competente na produção dessa substância de interesse.

VANTAGENS

• Sustentabilidade: Estratégia de produção de compostos de interesse a partir do aproveitamento de resíduos orgânicos ricos em xilose;
• Eficiência: Método de produção de um microrganismo recombinante por meio de engenharia genética;
• Eficácia: Linhagens de K. phaffii recombinante foram capazes de produzir ácido xilônico com rendimento absoluto de até 95%;
• Escalabilidade: Microrganismo modificado que viabiliza a produção de ácido xilônico em escala industrial.

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O ACÚMULO DE LIXO E OS RISCOS À SAÚDE HUMANA E AO MEIO AMBIENTE

Resíduos industriais e de materiais de consumo geram o acúmulo de lixo e são um risco ao meio ambiente. Os filtros de cigarro ou “bitucas” de cigarro são o resíduo mais encontrado nas praias do mundo inteiro. Cerca de dez bilhões de filtros de cigarros são descartados no meio ambiente todos os dias. Esse tipo de resíduo carrega metais pesados e substância tóxicas em sua composição e em contato com a terra, esgoto, rios, mares e lagoas, essas substâncias contaminarão o solo e a água oferecendo malefícios à fauna, à flora e às comunidades urbanas e à saúde humana.

Por outra perspectiva, o descarte responsável desse tipo de resíduo gera um outro problema: o que fazer com todas as “bitucas” coletadas? Descartá-las em aterros sanitários não é uma alternativa viável, pois o risco de contaminação persiste. É necessário fazer o tratamento desses resíduos para fins de retirar a sua toxicidade e evitar risco ao meio ambiente.

UMA SOLUÇÃO PARA UM PROBLEMA COMPLEXO

Neste contexto, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram uma tecnologia capaz de resolver esse complexo problema. A tecnologia refere-se ao uso de resíduos compostos por fibras de acetato de celulose, sejam eles oriundos de sobras industriais (aparas ou descartes) ou materiais consumidos (filtros de cigarro, cargas de canetas, entre outros). Estes materiais são usados para a obtenção de uma massa de celulose, passível de ser usada na produção de papel ou outros produtos.

A invenção é concretizada no uso de resíduos de acetato de celulose para obtenção de polpa de celulose. Para tanto, a reação de hidrólise dos grupos acetato, acelerada pela presença de ácidos ou bases no meio, leva a formação de celulose

Assista ao documentário “O Renascer das Cinzas - O Outro Lado do Resíduo Mais encontrado na Natureza” que mostra os vários benefícios que a tecnologia da Universidade de Brasília proporcionou por meio da inovação tecnológica sustentável.

VANTAGENS

• Aplicação em qualquer material composto por fibras de acetato de celulose;

• Solução para sobras industriais e para materiais consumidos;

• Possibilidade de reaproveitamento da celulose;

• Uma alternativa para o reaproveitamento de resíduos contaminantes do meio ambiente de maneira barata e rápida.

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