O que é a biomanufatura e bioprocessos?

Imagem de Michal Jarmoluk por Pixabay.

Você sabia que os fungos presentes no seu dia a dia podem ser a chave para a produção de novos medicamentos e materiais sustentáveis? Enquanto bactérias e mamíferos costumam ser os protagonistas nas pesquisas em saúde, como no desenvolvimento de vacinas, existe um vasto e poderoso reino de organismos que impulsiona silenciosamente a inovação: os fungos. Esses últimos, na maior parte dos casos, são geralmente correlacionados a leveduras, muito utilizadas na pesquisa e na indústria de produção de combustíveis.

Entretanto, a partir de hoje e durante os próximos meses, vamos começar a conversar aqui no EMRC sobre o uso de um tipo bem específico de fungo com diversas aplicações para a pesquisa e a produção industrial, principalmente em uma área que iremos falar muito: a biomanufatura. Nessa nova série que vamos começar a publicar por aqui, também falaremos bastante de uma espécie de fungo chamada Aspergillus oryzae.

Diferente das leveduras, que são formadas por uma única célula, o A. oryzae é um fungo filamentoso. Isso significa que ele cresce formando uma rede de “fios” microscópicos. Pensemos nisso como uma intrincada teia subterrânea que permite ao fungo interagir com o ambiente e, o mais importante para algumas pesquisas científicas, atuar como uma fábrica biológica altamente eficiente. Mas estamos nos adiantando um pouco. Aqui no EMRC já houve várias publicações sobre fungos, explicando um pouco melhor sobre a biologia deles, caso interesse ao autor. Por isso, ao final desse texto, indico uma série de materiais que já abordaram o assunto anteriormente.

As pesquisas sobre fungos no Brasil

Toda essa nova série de textos vem devido a um esforço de um grupo de pesquisa da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) para divulgar pesquisas brasileiras que vêm sendo desenvolvidas dentro da universidade pública com esses fungos, mostrando não só a potência desses organismos para a ciência e a indústria, como também a capacidade de pesquisadores brasileiros em desenvolver pesquisas de alto impacto, tão importantes quanto outras similares que vemos sendo faladas nos Estados Unidos e na Europa.

O grupo de pesquisa que estou falando é o Laboratório de Engenharia Metabólica de Microorganismos da Unicamp, fundado pelo professor André Damasio. O laboratório dedica-se há anos a estudar a “biomanufatura microbiana”, principalmente relacionada à produção de proteínas recombinantes. Mas estou me adiantando um pouco nisso. Muitos leitores podem estar se perguntando o que são todos esses termos. E o texto de hoje é justamente para dar um panorama sobre tudo isso.

O que é a biomanufatura?

O termo biomanufatura é a união de duas palavras, o prefixo bio que tem a ver com vida e a palavra manufatura que é o processo de transformação de uma matéria-prima em um produto final. A biomanufatura (em alguns casos também chamada de biofabricação) se relaciona a um tipo de manufatura que utiliza organismos vivos para produzir biomateriais e biomoléculas (também chamados de bioprodutos) de interesse comercial, industrial, na área médica ou ainda alimentar.

Ao falar sobre biomanufatura, já podemos ver que alguns outros termos com o mesmo prefixo bio vêm junto. Um biomaterial é um produto feito de uma substância ou conjunto de substâncias, sejam estas naturais ou artificiais, que vai atuar em um sistema biológico (seja um tecido ou um órgão) de forma a substituir, aumentar ou tratar a estrutura ou função desse sistema. Se isso parece muito técnico ou longe da sua realidade, não se preocupe, pois os biomateriais estão mais próximos de nós do que pensamos.

Se formos considerar somente as aplicações médicas da biomanufatura, podemos citar os marcapassos (aqueles pequenos implantes feitos no coração que auxiliam este a bater de forma rítmica) e lentes de contato como importantes biomateriais que já estão no dia a dia de muitas pessoas há décadas e que atuam exatamente da forma que comentei: tanto o marcapasso quanto as lentes de contato são feitos de materiais que auxiliam um sistema biológico (o coração e o olho, respectivamente) em suas funções.

Similar aos biomateriais, as biomoléculas (também chamadas de moléculas biológicas) seguem uma lógica bem parecida, sendo moléculas presentes em células de seres vivos, participando de uma vasta gama de processos bioquímicos, seja na regulação da resposta imune, na sinalização entre células, na produção de energia e outras proteínas, ou mesmo no controle de reações químicas. Dois exemplos fáceis de entender como biomoléculas são a água e a insulina. A água é uma molécula presente em todos os seres vivos e responsável por diversas reações. A insulina também é uma biomolécula, naturalmente encontrada em muitos seres vivos, mas que a ciência e a indústria conseguiram produzir de forma artificial em outros organismos para tratar a diabetes.

Ok, mas como se utiliza a biomanufatura? Como se produz um biomaterial ou uma biomolécula?

O método utilizado para criar esses produtos por meio da biomanufatura é chamado de bioprocesso. Um bioprocesso não é algo simples ou único, mas sim uma categoria de processos, que envolve diversas abordagens e campos como – por exemplo – a biotecnologia, microbiologia e bioquímica. Geralmente um bioprocesso vai acontecer quando houver a transformação de uma matéria-prima por meio de reações químicas mediadas por células de animais, plantas, fungos, bactérias ou qualquer outro microorganismo sob condições cuidadosamente controladas.

É importante deixar claro aqui que muitas vezes se fala sobre bioprocessos nos cenários em que existe um produto final, por exemplo, na produção de insulina ou anticorpos monoclonais (que também já falamos aqui no EMRC). Contudo, a exigência de um produto final não é uma regra para que exista um bioprocesso. Por exemplo, a biorremediação (isto é, quando se utilizam organismos vivos para remover ou neutralizar substâncias tóxicas de um ambiente) é considerada um bioprocesso porque utiliza microorganismos ou plantas para realizar transformações químicas específicas, alterando substâncias tóxicas em compostos inofensivos. Ou seja, o objetivo é o tratamento do local, e não a geração de um produto comercial.

O centro das pesquisas em bioprocessos e biomanufatura realizadas no LEBIMO são os fungos filamentosos, uma classe de microorganismos comentados anteriormente que, apesar de ser bastante conhecida no meio científico, ainda não teve todo o seu potencial utilizado para a produção de bioprodutos ou biomoléculas. Todo o trabalho do laboratório foca em superar os diversos desafios técnicos que ainda são uma barreira para o uso destes organismos, explorando o potencial deles como “fábricas”.

Para realizar isso, o grupo de pesquisa utiliza um novo campo ainda pouco comentado fora da academia científica, mas que tem crescido em importância a cada ano que passa e que, inclusive, faz parte do próprio nome do grupo: a engenharia metabólica. Essa área tem se mostrado como uma das fronteiras mais promissoras da biotecnologia moderna, permitindo que os pesquisadores modifiquem diversos caminhos do metabolismo (também chamados de vias metabólicas) de microorganismos, plantas e animais para a produção de biomoléculas de interesse comercial.

Para alcançar isso, os pesquisadores utilizam a engenharia metabólica, um campo transdisciplinar que integra áreas como a biologia molecular, bioquímica e engenharia para reprogramar os caminhos metabólicos dos microrganismos. Dessa forma, os cientistas conseguem transformar microorganismos comuns – como a Escherichia coli (uma bactéria originalmente patogênica, mas que vem sendo usada por décadas como organismo modelo para pesquisa) e Saccharomyces cerevisiae (a famosa levedura responsável pela fermentação da cerveja) – em “fábricas” celulares que são capazes de produzir, por exemplo, vitaminas, anticorpos, vacinas, biocombustíveis e suplementos alimentares.

Então quer dizer que é possível produzir moléculas e substâncias de outros organismos em fungos?

Sim! E esse é exatamente a ideia que o LEBIMO está tentando desenvolver em um grande projeto de pesquisa chamado BEYOND (ou, em tradução direta para o portugues, Além). Utilizando da biomanufatura e engenharia metabólica, o LEBIMO busca empurrar as fronteiras da ciência, se aproveitando do fato de que fungos filamentosos são capazes de sintetizar e secretar uma ampla variedade de proteínas. Assim, o projeto BEYOND foca em tornar o fungo Aspergillus oryzae (comentado anteriormente) uma verdadeira “fábrica” microbiana com potencial de produzir proteínas recombinantes para diferentes aplicações.

Tudo o que conversamos até agora levanta várias questões empolgantes: que são essas proteínas recombinantes, por que escolher um fungo filamentoso em vez de outros microrganismos (como leveduras ou mesmo bactérias)? Afinal, como pesquisadores escolhem qual célula será utilizada em um bioprocesso? E como exatamente programam um fungo para produzir proteínas específicas. Iremos explorar o funcionamento dessas fábricas microscópicas e como os pesquisadores selecionam a ferramenta biológica perfeita para o trabalho no próximo artigo desta série.

O presente trabalho foi realizado com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Brasil. Processo nº 2025/23381-7. As opiniões, hipóteses e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade do(s) autor(es) e não necessariamente refletem a visão da FAPESP.

Para saber mais:

Zhang, Y. H. P., Sun, J., & Ma, Y. (2017). Biomanufacturing: history and perspective. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 44(4-5), 773-784.
Kim, G. B., Kim, H. R., & Lee, S. Y. (2025). Comprehensive evaluation of the capacities of microbial cell factories. Nature Communications, 16(1), 2869.