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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ÁCIDO LÁTICO E SEU USO NA PRODUÇÃO DE POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS

O ácido láctico é uma substância orgânica produzida por microrganismos no processo de fermentação láctica. Nesse processo, dois estereoisômeros – L-lactato e D-lactato – são produzidos. O L-lactato, em especial, apresenta aplicações na produção do polímero polilactato (PLA), um tipo de plástico biodegradável que pode substituir os plásticos derivados do petróleo. No entanto, os microrganismos naturais que realizam fermentação lática são pouco resistentes ao pH acídico e produzem uma mistura racêmica de L-lactato e D-lactato, dificultando o processo de seleção do L-lactato para sua polimerização e transformação em bioplástico. Uma estratégia para contornar esse problema é a modificação genética de leveduras para melhor adaptação às condições para produção industrial. Visando menor custo e maior produtividade, a levedura do gênero Komagataella se sobressai por utilizar como precursor o glicerol no processo de fermentação lática, uma substância abundante proveniente de resíduos da produção de biocombustíveis. Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram uma levedura do gênero Komagataella geneticamente modificada para produzir uma proteína transportadora de lactato, visando aumentar a eficiência da purificação dessa substância nos processos de produção industrial, além de ser capaz de utilizar como fonte energética o glicerol.

LEVEDURA QUE SE ALIMENTA DE GLICEROL BRUTO PARA PRODUZIR ÁCIDO LÁTICO

A presente invenção refere-se à construção de cepas de leveduras transformadas com, pelo menos, uma cópia de um gene codificante para uma enzima capaz de reduzir piruvato a lactato mediante oxidação de NAD(P)H, funcionalmente ligado à sequência promotora constitutiva de um gene da via de consumo de glicerol. Além disso, as cepas recombinantes possuem também pelo menos uma cópia de gene codificador para transportador de lactato.

VANTAGENS

• Sustentabilidade: Aproveitamento de um subproduto da indústria de biocombustíveis, contribuindo para uma economia mais sustentável;
• Eficiência: O transportador de lactato aumento a capacidade de externalização do lactato do meio intracelular da levedura para o sobrenadante, aumentando a eficiência de obtenção do produto.

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PRODUÇÃO DE MARCADORES CELULARES PARA O BIOIMAGEAMENTO CELULAR DE MANEIRA SELETIVA E ECONÔMICA

O bioimageamento permite aos cientistas monitorar eventos celulares dinâmicos que, não seriam observados com técnicas tradicionais de obtenção de resultados, como imageamento fixo e PCR, que capturam apenas um momento estático no tempo. A obtenção de sistemas fluorescentes seletivos e com propriedades fotofísicas adequadas para bioimageamento é altamente desejado para o desenvolvimento de marcadores biológicos. Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram um sistema de síntese intracelular para produção de marcadores celulares seletivos, derivados no núcleo 4-bromo-2,1,3-benzotiadiazola via catálise homogênea por complexo de paládio, que podem ser aplicados em estudos de células vivas.

Situado na interface entre as ciências químicas e biológicas, o uso de pequenas moléculas fluorescentes com aplicação em estudos biológicos têm crescido bastante nos últimos anos, uma vez que podem ser utilizadas como ferramentas de estudos em processos celulares, atuando como marcadores celulares seletivos por organelas. A presente invenção descreve marcadores celulares seletivos, BTD-Ph e BTD-Py, derivados do núcleo 4-bromo-2,1,3-benzotiadiazola via catálise homogênea por complexo de paládio e seu processo produtivo para uso em imageamento celular. A presente tecnologia é superior às tecnologias existentes no estado da técnica devido ao fato de realizar a síntese das moléculas fluorescentes de maneira intracelular. Dessa maneira tornam-se desnecessárias as etapas anteriores aos ensaios celulares, síntese e purificação. Além disso, a síntese intracelular expande a aplicação biológica desses marcadores ao tornar possível a realização de investigações mais amplas, por uma técnica viável, construindo também um cenário propenso a novas descobertas e compreensão de mecanismos vivos. Também, a presente invenção realiza catálise homogênea intracelular promovida por espécies solúveis de paládio, conferindo uma vantagem cinética, ou seja, alta atividade catalítica por todas as espécies se encontrarem em uma única fase.

VANTAGENS

• Eficiência Marcadores estáveis e seletivos; Baixa fotodegradação;
• Segurança: Baixa toxicidade ao meio celular;
• Custo-benefício: Economia atômica: maior eficiência energética, menor uso de reagentes e melhores resultados frente aos sistemas tradicionais.

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PRODUÇÃO HETERÓLOGA DE MOLÉCULAS DE INTERESSE EM LEVEDURAS

A expressão heteróloga baseada em leveduras se refere a um método de engenharia genética utilizado para produzir em larga escala biomoléculas encontradas em diversos tipos de organismos, por meio da transfecção de genes em células de leveduras. Desse modo, tem sido utilizada na produção e secreção de proteínas recombinantes de humanos, animais, plantas, bactérias, fungos e vírus há mais de 20 anos, empregadas na indústria farmacêutica, bioquímica, alimentícia etc. Uma das leveduras mais empregadas para expressão heteróloga é Pichia pastoris, recentemente renomeada como Komagataella phaffii. Sua fácil manipulação genética, habilidade de crescer em altas densidades celulares, capacidade de produzir altos níveis de proteínas recombinantes e habilidade de realizar modificações pós-traducionais fazem com que essa levedura seja atualmente a plataforma favorita de produção de proteínas de interesse industrial. Durante o processo de produção de leveduras recombinantes para tal finalidade, é preciso selecionar aquelas que incorporaram o DNA exógeno daquelas que não o incorporaram, e tradicionalmente isso se dá pela incorporação de genes de resistência a antimicrobianos seguida da submissão das leveduras a uma dose de antimicrobiano que seleciona apenas aquelas resistentes. No entanto, esse processo pode não ser desejável por questões de biossegurança, dependendo da aplicação.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram uma estratégia que emprega linhagem auxotrófica de levedura contendo o gene leuc2 defeituoso, levando a dependência da disponibilidade do nutriente leucina no meio de cultivo para proliferarem. Isso permite selecionar as leveduras pela simples adição desse aminoácido no meio de cultivo.

VANTAGENS

• Eficiência: Em um único evento de transformação, a levedura consegue integrar um alto número de cópias do vetor de expressão; Não requer o uso de antibióticos/antifúngicos;
• Segurança: Maior aceitabilidade em termos de biossegurança.

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EFICIÊNCIA NO BIOIMAGEAMENTO CELULAR

O uso de câmeras modernas, de alta resolução e sensibilidade, permitiu um importante progresso no campo biomédico nos últimos anos: a possibilidade de visualização de fenômenos celulares. Assim, o bioimageamento tornou-se uma ferramenta poderosa na pesquisa biológica, oferecendo uma abordagem diferenciada, permitindo a visualização dos detalhes morfológicos das células e compreensão de diferentes aspectos e funções organelares. Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram um marcador celular baseado em líquidos iônicos e lantanídeos, para atuar em sistemas biológicos como sondas luminescentes para imageamento celular in vivo.

SINERGIA ENTRE OS LÍQUIDOS IÔNICOS E A FOTOLUMINESCÊNCIA DOS LANTANÍDEOS

Dentre as muitas técnicas de bioimageamento, o imageamento por fluorescência tem grande valor científico, pois proporciona medições com alta resolução espacial (na ordem de nanômetros), temporal (cerca de microssegundo para milissegundo) e condições fisiológicas para realização das análises. Uma sonda, para que seja útil no imageamento, deve apresentar boas propriedades luminescentes e seletividade, além de propriedades fotofísicas e químicas específicas como fotoestabilidade e baixa toxicidade.

Pensando nisso, a presente invenção buscou conciliar as boas características de luminescência dos íons lantanídeos com a seletividade e solubilidade dos líquidos iônicos, desenvolvendo um composto fotoluminescente hidrossolúvel e quimicamente estável baseado em um líquido iônico polimerizável desenvolvido para funções específicas, obtido via complexação deste líquido iônico e de seu polímero com metais do grupo dos lantanídeos, com o intuito de atuarem em sistemas biológicos como sondas luminescentes para imageamento celular in vivo.

VANTAGENS

• Eficiência: Composto fotoluminescente hidrossolúvel, com enorme potencial de aplicação biológica; Estabilidade química e física;
• Eficácia: Tecnologia eficaz, com especificidade e seletividade a determinadas organelas.

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LEVEDURA RECOMBINANTE PARA PRODUÇÃO DE RAMNOLIPÍDEOS EM LARGA ESCALA

Os surfactantes são uma classe de moléculas que tem afinidade tanto por água quanto por substâncias apolares/oleosas, muito utilizadas como detergentes, emulsificantes, lubrificantes e dispersantes. Com demanda anual de aproximadamente 15 milhões de toneladas, os surfactantes tradicionalmente mais empregados industrialmente são derivados do petróleo, uma fonte não renovável e muito poluente. Com o aumento da exigência global por processos e produtos mais sustentáveis e ecologicamente corretos, o desenvolvimento de biossurfactantes tem recebido grande enfoque. Eles apresentam como vantagens uma excelente ação emulsificante/surfactante, baixa toxicidade, alta biodegradabilidade, alta estabilidade em condições atípicas de temperatura, salinidade e pH, além de uma vasta aplicabilidade. Dentre os biossurfactantes de maior potencial de uso, destacam-se os ramnolipídeos, formados por uma parte de açúcar L-ramnose ligada a um ácido graxo beta-hidroxil. Essa classe de biossurfactante é naturalmente produzida pela bactéria Pseudomonas aeruginosa, e apresenta alta atividade superficial, alto rendimento de produção e amplo espectro de aplicação. No entanto, alguns fatores complicam a produção de ramnolipídeos por P. aeruginosa, visto que essa bactéria é um patógeno oportunista em humanos, apresentando riscos à saúde e requer rigoroso processo de purificação dos ramnolipídeos pós-produção. Isso dificulta sua produção industrial em larga escala. Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram uma levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae. Ela já é amplamente empregada em diversas atividades industriais e reconhecidamente segura para consumo humano. Além disso, quando geneticamente modificada, é capaz de produzir L-ramnose e ramnolipídeos a partir de sacarose, evitando a produção de resíduos tóxicos e de fatores de virulência e resultando em um processo de menor custo e maior produtividade.

VANTAGENS

• Segurança: Processo de maior produtividade de ramnolipídeos por um microrganismo eucarionte que não apresenta riscos à saúde humana;
• Custo-benefício: Utiliza matéria-prima de baixo custo;
• Versatilidade: Os ramnolipídeos produzidos podem ser aplicados como tensoativos, antimicrobianos, emulsificantes, podendo serem utilizados em diversos processos industriais.

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