Vamos imaginar uma minúscula “fábrica” capaz de produzir os medicamentos, combustíveis e até ingredientes para cozinhar. Hoje em dia, cientistas são capazes de construir essas “fábricas” utilizando microrganismos. Contudo, quando o fazem, precisam fazer uma escolha crucial: devem usar bactérias, leveduras ou algo inteiramente distinto? Várias vezes a resposta para essa pergunta pode estar nos fungos filamentosos – a mesma família de organismos que nos dá cogumelos e bolores.
Esta foi uma das muitas perguntas que levantei ao final do último texto apresentado aqui no EMRC. Para quem está perdido, este é o segundo texto de uma nova série do blog, em que vamos discutir biomanufatura e bioprocessos, dois importantes campos em que o LEBIMO (Laboratório de Engenharia Metabólica de Microorganismos) da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) vem trabalhando, a partir de um grande projeto de pesquisa com fungos filamentosos. Se você, caro leitor, não está entendendo o que são alguns desses termos, aconselho conferir aqui o primeiro texto dessa série, pois foi lá que começamos esta conversa.
Além da pergunta que abre a postagem de hoje, tudo o que conversamos até agora levanta várias questões empolgantes: o que são as proteínas recombinantes que comentei antes? Afinal, como pesquisadores escolhem qual célula será utilizada em um bioprocesso? E como exatamente programam um fungo para produzir proteínas específicas? Hoje, iremos responder a essas e outras perguntas, além de entender como os pesquisadores selecionam o tipo de organismo vivo para este trabalho.
Entre animais, vegetais, fungos e bactérias, que tipo de célula deve ser a escolhida para produzir um bioproduto?
Essa provavelmente é uma das primeiras perguntas que se faz quando se inicia uma pesquisa em biomanufatura. A resposta mais simples que posso apresentar é algo típico para nós biólogos: depende. A escolha de uma célula produtora vai depender consideravelmente do bioproduto que um projeto de pesquisa está focado em produzir. Mas vamos entender isso um pouco melhor.
Cada tipo de célula – animal, vegetal, fúngica ou bacteriana – possui um processo único para produzir proteínas e outras moléculas adaptadas às suas próprias necessidades. Células vegetais, por exemplo, possuem uma maquinaria específica para construir a parede celular, uma estrutura externa que garante rigidez e proteção. Já as células animais têm a capacidade de ‘editar’ as proteínas logo após produzi-las. Esse processo, chamado de modificação pós-traducional, adiciona ou remove moléculas – como açúcares – para que a proteína funcione corretamente.
Em um exemplo um pouco mais prático: vamos pensar que a produção de uma proteína complexa é como montar um carro. Uma célula de bactéria consegue montar o chassi e o motor. Entretanto, além de conseguirem fazer isso, células animais também adicionam os acabamentos cruciais – os pneus, o volante e a pintura. São essas adições que os cientistas chamam de modificações pós-traducionais. Sem elas, o “carro” pode parecer completo, mas não funcionará. É por isso que produzir medicamentos humanos utilizando bactérias frequentemente falha.
É possível, sim, modificar uma célula vegetal ou fúngica – ou mesmo bacteriana – para produzir proteínas animais, como a insulina. Contudo, o que pesquisadores descobriram nas últimas décadas foi que a ausência dessas modificações pós-traducionais, que células animais realizam, impacta diretamente na eficiência e na função dessas proteínas quando utilizadas em bioprocessos, como tratamentos médicos. A utilização de fungos filamentosos nesse cenário surgiu como uma terceira via, com benefícios e também problemas. O lado bom é que, assim como animais, fungos também são capazes de fazer modificações pós-traducionais; já o lado ruim é que o local e a forma dessas modificações são diferentes de mamíferos, o que acaba impactando na função de muitas proteínas.
Então, o melhor seria uma célula animal produzir bioprodutos animais, uma célula de planta produzir bioprodutos vegetais, e por aí vai?
Em um primeiro momento, sim, isso é verdade. Entretanto, com a evolução das tecnologias de modificação genética e o avanço da engenharia metabólica, esse cenário tem se alterado um pouco. O motivo para isso é que nem sempre a melhor célula para produzir um bioproduto vai realizar essa produção da forma mais eficiente possível. Um dos meios de medir essa eficiência, tratando-se de bioprocessos e engenharia metabólica, é o TRY, uma sigla para três métricas-chave na quantificação de eficiência no mundo industrial:
- Titer (título): o quanto do bioproduto é produzido. Quanto maior o título que a célula consegue produzir, mais rápido é para purificar esse bioproduto, em outras palavras, retirar ele do meio em que a célula está trabalhando para ser então utilizado;
- Rate (taxa): quanto tempo leva para produzir uma certa quantidade desse bioproduto, ou seja, o quão rápido ele é produzido;
- Yield (coeficiente de rendimento): quanto de energia é gasta para produzir o bioproduto. Nesse caso em específico, a “energia” é contada na forma da grama de carbono consumida pela célula. Esse carbono normalmente é calculado a partir da substância que dará energia para a célula, como a glicose. Em suma, o yield simboliza quão eficientemente a célula usa seu alimento para produzir o produto.
Em termos puramente industriais e financeiros, quanto maior o título (titer) e menor a taxa (rate) e coeficiente de rendimento (yield), melhor o bioprocesso é, pois a célula está produzindo altas quantidades em um pequeno período de tempo, enquanto consome menos recursos para essa produção. O objetivo é encontrar uma celula que se destaque nas três métricas.
Voltando a pensar na pergunta feita anteriormente, hoje em dia, muitas pesquisas (como as do LEBIMO) são realizadas tentando alinhar esses conceitos: utilizar uma célula que seja uma boa produtora de biomoléculas, mas colocando todas as informações nela (por meio de modificações genéticas específicas) para que esta possa produzir um novo bioproduto (com todas as suas especificidades) de forma mais eficiente do que a célula original.
É por isso que estão utilizando fungos filamentosos? Mas por que justamente eles? (comentar do GRAS)?
Exatamente! Durante milhares de anos, a humanidade domesticou plantas e animais para a agricultura e pecuária, mas agora, com todo o nosso aparato biotecnológico e científico, as pesquisas têm focado cada vez mais na domesticação de fungos filamentosos para a produção industrial de bioprodutos. Os fungos filamentosos – como Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Trichoderma reesei e Penicillium chrysogenum – naturalmente já secretam muitas proteínas e em altas quantidades.
Por exemplo, comparados às leveduras (fungos unicelulares clássicos na produção industrial de cerveja e biocombustíveis) que produzem cerca de 20 gramas de proteína por litro, fungos filamentosos como o A. oryzae podem produzir entre 50 e 100 g/L de proteínas.
Apesar de fungos filamentosos já serem usados na produção de enzimas, antibióticos e outras proteínas, estes ainda são relativamente pouco estudados. Contudo, cada vez mais vem se observando a potência que esses fungos possuem para a produção industrial. Eles são verdadeiros “coringas” da biomanufatura: conseguem se alimentar de diversas fontes de energia e crescer em diferentes condições. Além disso, ao contrário das bactérias – que muitas vezes falham em produzir consistente e eficientemente proteínas complexas de animais -, esses fungos são capazes de “ler” e executar tanto instruções genéticas simples quanto complexas. Tudo isso é potencializado por uma multiplicidade de enzimas e rotas metabólicas que naturalmente possuem.
Por todas essas razões, os fungos filamentosos têm sido utilizados cada vez mais pela biomanufatura e biologia sintética na produção de biomoléculas e, principalmente, de proteínas recombinantes. Essas são proteínas sintetizadas fora de seu organismo original – como a insulina humana sendo produzida por um fungo ou bactéria em vez do pâncreas humano. Mas, hoje em dia, a engenharia genética já foi um passo além. Os cientistas já conseguem projetar fábricas celulares (como fungos filamentosos) para produzir proteínas completamente novas – ou seja, não encontradas naturalmente nos seres vivos – e otimizadas que funcionam ainda melhor do que suas contrapartes naturais.
Então, não há qualquer problema em utilizar fungos filamentosos para produzir proteínas recombinantes?
De novo, isso depende. Uma das grandes preocupações históricas na utilização de fungos para produção industrial de alimentos é a potencial produção de toxinas (chamadas também de micotoxinas) “contaminando” o bioproduto. Contudo, utilizando técnicas avançadas de biologia molecular e engenharia genética, cientistas já conseguiram criar novas variantes genéticas de fungos filamentosos que não possuem os genes ou a capacidade de produzir algumas dessas micotoxinas.
Quando um fungo filamentoso ou outro microrganismo deixa de oferecer um perigo para a vida humana por meio de procedimentos científicos (como modificações genéticas) é dito que ele recebeu um status de GRAS, uma sigla para Generally Recognized As Safe (ou, em português, Geralmente Reconhecido Como Seguro). Esse status normalmente é dado a esses microrganismos por agências regulatórias como o FDA, o órgão estadunidense com funções similares a Anvisa. Nesse sentido, o A. oryzae utilizado pelo LEBIMO e que tanto já falamos aqui possui o GRAS e isso é mais um sinal de como ele se mostra útil e seguro para a produção científica e industrial de bioprodutos.
Contudo, até agora falamos bastante sobre a eficiência na escolha de fungos filamentosos para a produção industrial de proteínas recombinantes. Mas qual o impacto bioético disso? Por que precisamos tanto de microrganismos que sejam cada vez mais eficientes para a produção? Isso pode acelerar o processo de fabricação e tornar o produto final mais barato para a população? Seria possível utilizar outros fungos filamentosos, nativos do Brasil, para fazer isso em vez de depender de microrganismos estrangeiros? Novamente, iremos explorar a resposta para essas e outras perguntas 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:
- Pullen, R. M., Decker, S. R., Subramanian, V., Adler, M. J., Tobias, A. V., Perisin, M., … & Kozlowski, M. T. (2025). Considerations for domestication of novel strains of filamentous fungi. ACS Synthetic Biology, 14(2), 343-362.
- Lehmbeck, J., Andersen, B., Sáez-Sáez, J., Frisvad, J. C., & Arnau, J. (2025). Mycotoxin-free Aspergillus oryzae strain lineage for alternative and novel protein production at industrial scale. Applied Microbiology and Biotechnology, 109(1), 94.
- Generally Recognized as Safe (GRAS). (2026). U. S. Food and Drug Administration.
Outros materiais:
Fungos na produção de enzimas para aplicações industriais
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