SIMULADOR DE BIOENERGÉTICA MITOCONDRIAL

As mitocôndrias são estruturas que se encontram dentro das nossas células, responsáveis por produzir energia utilizando gás oxigênio (O2) e açúcares no processo de respiração aeróbica. Por isso, as mitocôndrias são de extrema importância para a manutenção da vida, sendo seu mal funcionamento associado a patologias. Atualmente, o estudo de patologias associadas a atividade mitocondrial muitas vezes envolve a experimentação animal, que por sua vez envolve questões éticas. Uma alternativa à experimentação animal é a simulação computacional por meio de modelos matemáticos. Esses modelos estão sendo desenvolvidos e aprimorados para descrever e analisar sistemas complexos com diversas aplicações. De tal maneira, simuladores são ótimas técnicas para aperfeiçoar habilidades que, na prática, poderiam levar mais tempo, gastos e, por vezes, não gerar a mesma eficiência de aprendizado, uma vez que é mais sujeita a falhas.

No contexto de respirometria de alta resolução, que é uma abordagem para mensurar o consumo de oxigênio pelas mitocôndrias, a modelagem matemática de um modelo real validado para certos parâmetros e executada por meio de uma interface computacional, pode permitir que alunos iniciantes em trabalhos laboratoriais exerçam análises antes de realizarem experimentos na prática e que pessoas mais experientes tenham material de base para comparação de seus dados.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram um programa de computador, o MitoSyM, que emula a operação de um sistema de registro tipicamente utilizado na pesquisa de bancada. Em suma, esse simulador visa proporcionar economia de recursos materiais, temporais e ser um rápido quia experimental.

VANTAGENS

• Custo-benefício: Economia de recursos e preparo prévio de iniciantes à execução prática.
• Facilidade de Uso: Interface gráfica amigável, possibilitando que pesquisadores sem conhecimento de programação e/ou modelagem matemática possam utilizar o programa com facilidade.
• Ética: Alternativa ética para o estudo mitocondrial por ser livre de testes em animais.

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BIOTECNOLOGIA ALIADA À PRODUÇÃO SUSTENTÁVEL DE ÁCIDOS GRAXOS

Os ácidos graxos são classes de biomoléculas que servem de matéria-prima na biossíntese lipídica (gorduras). Suas aplicações industriais envolvem a fabricação de detergentes, sabões, lubrificantes, cosméticos e ingredientes farmacêuticos. Estima-se que anualmente o mercado de utilização de ácidos graxos de cadeia média cresça em torno de 6%, entre o período de 2018 a 2025. Dentre os diferentes tipos de ácidos graxos, as moléculas compostas por cadeias lipídicas de tamanho curto e médio têm ainda mais relevância industrial, podendo ser utilizadas na produção de fármacos como nandrolona, flufenazina, bromperidol, daptomicina e haloperidol. Nesse contexto, a produção de ácidos graxos utilizando microrganismos geneticamente modificados tem atraído atenção, pois oferecem uma nova estratégia tecnológica para a produção de ácidos graxos e lipídeos renovável e menos poluente. Para a produção em escala industrial, a utilização da levedura Saccharomyces cerevisiae é vantajosa uma vez que esse microrganismo é amplamente utilizado na indústria devido à sua robustez e tolerância a condições de fermentação adversas.

LEVEDURA GENETICAMENTE MODIFICADA PARA PRODUÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS EM LARGA ESCALA

Diante do cenário apresentado, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram uma levedura geneticamente modificada para otimizar a produção em larga escala de ácidos graxos para uso em diversos setores industriais. Este invento utiliza uma nova via metabólica para o aumento da concentração de acetil-CoA citosólico (matéria-prima para a formação de ácidos graxos) por meio da introdução dos genes que codificam uma enzima proveniente da bactéria Pseudomonas aeruginosa na levedura S. cerevisiae, visando a síntese de ácidos graxos de cadeia média e curta. Com isso, por alterar o fluxo de carbono, essa nova via metabólica permite uma biossíntese de ácidos graxos mais eficiente na levedura.

VANTAGENS

• Eficiência: As modificações feitas não prejudicam o crescimento da levedura, nem modifica seu metabolismo endógeno;
• Usabilidade: Ampla aplicabilidade industrial, podendo ter esses ácidos purificados para a produção de compostos de alto valor agregado;
• Segurança: Segura para a indústria e meio ambiente, pois não gera toxinas ou outros subprodutos celulares que sejam danosos.

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TECNOLOGIA VOLTADA À PRODUÇÃO SUSTENTÁVEL DE LIPÍDEOS

As gorduras (lipídeos) são moléculas orgânicas produzidas pela transformação de ácidos graxos, e podem ser utilizadas na fabricação de detergentes, cosméticos, lubrificantes, sabões e ingredientes farmacêuticos. Os ácidos graxos de cadeia longa poli-insaturados tem um amplo mercado, sendo utilizados pela indústria na formulação de medicamentos e nutracêuticos, bem como na indústria de tintas como óleo secante e vernizes. Esses lipídeos podem ser extraídos de plantas ou animais, que embora sejam fontes regeneráveis, podem degradar o meio ambiente através de desmatamento e produção de resíduos. Para solucionar esse problema, a utilização de microrganismos geneticamente modificados apresenta-se como uma alternativa como fontes menos poluentes de produção de ácidos graxos. Visando a produção em larga escala e devido à sua robustez e tolerância a condições de fermentação adversas, a levedura Saccharomyces cerevisiae foi escolhida pela sua ampla utilização industrial.

LEVEDURA TRANSGÊNICA PARA PRODUÇÃO INDUSTRIAL DE LIPÍDEOS

Nesse contexto, pesquisadores da Universidade de Brasília modificaram geneticamente uma levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae capaz de produzir eficientemente ácidos graxos compostos por cadeias longas e poli-insaturadas em larga escala para várias aplicações. Tal invenção se baseia no desvio no fluxo de carbono proveniente de carboidratos para o aumento da produção de malonil-CoA citosólico (matéria-prima para a formação de ácidos graxos) por meio da introdução dos genes que codificam uma enzima da bactéria Pseudomonas aeruginosa na levedura S. cerevisiae. Consequentemente, a modificação da via metabólica aumenta a eficiência da síntese de ácidos graxos pela levedura.

VANTAGENS

• Eficiência: Fatores como o crescimento da levedura e seu metabolismo endógeno não são afetados;
• Versatilidade: Fornece matéria-prima para produção de diversos compostos de alto valor agregado;
• Sustentabilidade: Gera menos danos ao meio ambiente;
• Amplitude: Pedido de proteção envolve produto, processo e uso de linhagem de levedura geneticamente modificada.

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CÉLULAS VEGETAIS COMO FÁBRICAS DE PROTEÍNAS DE INTERESSE COMERCIAL

Os avanços nos estudos de genética e biotecnologia possibilitaram o desenvolvimento de estratégias para produção de moléculas de interesse farmacêutico e industrial artificialmente. Um exemplo clássico é a produção de insulina humana em bactérias geneticamente modificadas, que conseguem produzir esse hormônio em larga escala para a formulação de fármacos contendo esse hormônio destinado ao tratamento da diabetes.
O processo de produção de proteínas recombinantes envolvem o uso de vetores, que podem ser vírus, com o intuito de inocular genes de interesse em células capazes de fabricar em larga escala os produtos desses genes, que podem ser hormônios, antígenos para vacinas, toxinas, enzimas, entre outras moléculas de interesse humano.
Dentro dessa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram um vetor viral a partir do vírus de planta Pepper ringspot virus (PepRSV) como veículo de genes de interesse que, ao infectar células vegetais em laboratório, induzem-nas a produzir proteínas de interesse humano em larga escala.
Com esses vetores, a quantidade de proteínas de interesse produzidas aumenta drasticamente, chegando a atingir 0,5 mg da proteína de interesse para cada 1 g (um grama) de folha infiltrada.

VANTAGENS

• Versatilidade: Permite a inserção de genes em diferentes locais da capa proteica, sendo adequado para a expressão de diversas proteínas de interesse.
• Custo-benefício: Metodologia mais simples e econômica, que necessita de menos etapas de clonagem e, consequentemente, menos insumos; Alto rendimento.
• Simplificação: Não necessita de procedimentos como a coinfiltração de genes de silenciamento gênico para garantir uma expressão proteica alta e estável.
• Segurança: Baixo risco ambiental de transmissão natural do vetor viral, devido a modificação no gene da capa proteica.

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MÉTODO SIMPLES DE PRODUÇÃO DE LINHAGEM LEUCOCITÁRIA IMORTALIZADA

A imortalização de células é um processo no qual o processo de envelhecimento e morte celular é inibido, permitindo que as células se proliferem indefinidamente. Uma das linhagens de células imortalizadas que historicamente se tornou muito conhecida no meio científico foram as células HeLa, retiradas de um tumor de colo do útero da cidadã norte-americana Henrietta Lacks. Esse processo de imortalização de células revolucionou a Biologia e a Medicina, por possibilitar o estudo de processos celulares que dependem da observação da dinâmica de replicação celular, como o estudo de novos fármacos, toxicologia, citologia, biologia molecular, oncologia, entre outros. A partir disso, outras linhagens de células imortalizadas foram descobertas, replicadas e compartilhadas entre pesquisadores e laboratórios ao redor do mundo, ampliando o acesso a esses recursos e possibilitando o rápido crescimento da pesquisa científica relacionada à biologia celular. Nesse contexto, surge também o interesse em se descobrir o fenômeno responsável pela imortalização de células e no desenvolvimento de métodos para imortalizar a maior diversidade possível de células.
Visando aperfeiçoar métodos de obtenção de células leucocitárias imortalizadas derivada do sangue periférico humano, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram um método inovador, simples e econômico, tendo como base a exposição dessas células ao sobrenadante de células HuT-78.

VANTAGENS

• Eficácia: Processo capaz de imortalizar células leucocitárias em conjunto;
• Economia: Baixo custo, fácil execução e reprodutibilidade;
• Adaptabilidade: Células apresentam fenótipo alterado, com morfologia típica de células imaturas e produção significativa de diversas citocinas e quimiocinas, em vista da cooperação celular existente entre diferentes populações de leucócitos;
• Versatilidade: A linhagem celular pode ser utilizada para a produção de citocinas, quimiocinas, anticorpos monoclonais, produção de vírions e antígenos virais, vacinas, soros hiperimunes e testes de quantificação de resposta imunocelular.

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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 hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competitiva frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras. 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 e 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.

VANTAGENS

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

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NOVO HORIZONTE PARA USO DE ENZIMAS

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. Bioprocessos mediados por enzimas são dificultados pela falta de estabilidade operacional em longo prazo e a dificuldade de recuperação e reutilização das mesmas. Essas desvantagens podem ser contornadas recorrendo-se a métodos de imobilização. Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase externa, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

TECNOLOGIAS DESENVOLVIDAS EM FASES DISTINTAS

A hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competia frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo, e sendo mais eficiente quando aplicada na hidrólise em alimentos. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras. 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 externa do suporte. 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 Interna BR 10 2018 067853 1 e Fase Única BR 10 2018 067855 8. 

VANTAGENS

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

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IMOBILIZAÇÃO ENZIMÁTICA: UMA ALTERNATIVA BIOTECNOLÓGICA PARA A ECONOMIA DE PROCESSOS

Enzimas ou biocatalisadores são descobertas promissoras no campo da tecnologia de bioprocessos. A biocatálise tem sido amplamente aceita em diversos setores devido à sua facilidade de produção, especificidade do substrato e seu potencial renovável. No entanto, para a comercialização em larga escala desses catalisadores bioderivados, seu fator de reutilização torna-se obrigatório, sob pena de deixarem de ser econômicos. A manutenção de sua estabilidade estrutural durante qualquer reação bioquímica é desafiadora. Consequentemente, enzimas imobilizadas com eficiência funcional e maior reprodutibilidade são usadas como alternativas, apesar de seu alto custo. Os biocatalisadores imobilizados podem ser enzimas ou células inteiras. A imobilização enzimática é o confinamento da enzima a uma fase (matriz/suporte) diferente daquela para substratos e produtos. Polímeros inertes e materiais inorgânicos são normalmente usados como matrizes transportadoras. Além de ser acessível, uma matriz ideal deve abranger características como inércia, resistência física, estabilidade, regenerabilidade, capacidade de aumentar a especificidade/atividade da enzima e reduzir a inibição do produto, adsorção não específica e contaminação microbiana. Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase única, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

TECNOLOGIAS DESENVOLVIDAS EM FASES DISTINTAS

A hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competia frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo, e sendo mais eficiente quando aplicada na hidrólise em alimentos. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras. 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 externa do suporte. 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 Interna BR 10 2018 067853 1 e Fase Única BR 10 2018 067855 8. 

VANTAGENS

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

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COLOIDES MAGNÉTICOS

Coloides magnéticos do tipo iônico são sistemas coloidais formados por íons dispersos em um líquido iônico, que é um composto orgânico que se encontra no estado líquido à temperatura ambiente. Esses coloides apresentam propriedades magnéticas que podem ser controladas por um campo magnético externo, o que os torna potencialmente úteis para diversas aplicações, como separação de fases, catálise e biomedicina.

Simulações computacionais podem auxiliar na descrição desses sistemas, pois permitem estudar as interações entre as partículas coloidais e o meio dispersante, bem como as propriedades estruturais, dinâmicas e termodinâmicas dos coloides. Além disso, as simulações podem fornecer informações sobre os efeitos do campo magnético, da temperatura, da concentração e do tamanho das partículas sobre o comportamento dos coloides magnéticos do tipo iônico.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram o programa MagLiq-pH, um software capaz de simular coloides magnéticos do tipo iônico, que são misturas de partículas carregadas e dispersas em um meio líquido. O software utiliza o algoritmo de Metropolis, um método estatístico que gera uma amostra representativa do sistema em equilíbrio, para calcular propriedades macroscópicas dos coloides magnéticos, como a interação entre as partículas, a estabilidade coloidal e o efeito do pH do solvente na carga superficial das partículas. O programa MagLiq-pH é uma ferramenta útil para o estudo e a aplicação de coloides magnéticos, especialmente em áreas biomédicas, pois permite prever o comportamento dessas misturas em diferentes condições ambientais.

VANTAGENS

• Eficiência: Cria uma amostra representativa do sistema em equilíbrio;

É útil para o estudo e aplicação de coloides magnéticos em áreas biomédicas e catálise;
Calcula o efeito do pH do solvente na carga superficial das partículas.
• Versatilidade: Possibilita prever o comportamento dos coloides magnéticos em diferentes condições ambientais.

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