Vamos imaginar uma min\u00fascula \u201cf\u00e1brica\u201d capaz de produzir os medicamentos, combust\u00edveis e at\u00e9 ingredientes para cozinhar. Hoje em dia, cientistas s\u00e3o capazes de construir essas \u201cf\u00e1bricas\u201d utilizando microrganismos. Contudo, quando o fazem, precisam fazer uma escolha crucial: devem usar bact\u00e9rias, leveduras ou algo inteiramente distinto? V\u00e1rias vezes a resposta para essa pergunta pode estar nos fungos filamentosos – a mesma fam\u00edlia de organismos que nos d\u00e1 cogumelos e bolores.<\/p>\n\n\n\n
Esta foi uma das muitas perguntas que levantei ao final do \u00faltimo texto apresentado aqui no EMRC. Para quem est\u00e1 perdido, este \u00e9 o segundo texto de uma nova s\u00e9rie do blog, em que vamos discutir biomanufatura e bioprocessos, dois importantes campos em que o LEBIMO (Laborat\u00f3rio de Engenharia Metab\u00f3lica de Microorganismos) da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) vem trabalhando, a partir de um grande projeto de pesquisa com fungos filamentosos. Se voc\u00ea, caro leitor, n\u00e3o est\u00e1 entendendo o que s\u00e3o alguns desses termos, aconselho conferir aqui<\/a> o primeiro texto dessa s\u00e9rie, pois foi l\u00e1 que come\u00e7amos esta conversa.<\/p>\n\n\n\n Al\u00e9m da pergunta que abre a postagem de hoje, tudo o que conversamos at\u00e9 agora levanta v\u00e1rias quest\u00f5es empolgantes: o que s\u00e3o as prote\u00ednas recombinantes que comentei antes? Afinal, como pesquisadores escolhem qual c\u00e9lula ser\u00e1 utilizada em um bioprocesso? E como exatamente programam um fungo para produzir prote\u00ednas espec\u00edficas? Hoje, iremos responder a essas e outras perguntas, al\u00e9m de entender como os pesquisadores selecionam o tipo de organismo vivo para este trabalho.<\/p>\n\n\n\n Essa provavelmente \u00e9 uma das primeiras perguntas que se faz quando se inicia uma pesquisa em biomanufatura. A resposta mais simples que posso apresentar \u00e9 algo t\u00edpico para n\u00f3s bi\u00f3logos: depende. A escolha de uma c\u00e9lula produtora vai depender consideravelmente do bioproduto que um projeto de pesquisa est\u00e1 focado em produzir. Mas vamos entender isso um pouco melhor.<\/p>\n\n\n\n Cada tipo de c\u00e9lula – animal, vegetal, f\u00fangica ou bacteriana – possui um processo \u00fanico para produzir prote\u00ednas e outras mol\u00e9culas adaptadas \u00e0s suas pr\u00f3prias necessidades. C\u00e9lulas vegetais, por exemplo, possuem uma maquinaria espec\u00edfica para construir a parede celular, uma estrutura externa que garante rigidez e prote\u00e7\u00e3o. J\u00e1 as c\u00e9lulas animais t\u00eam a capacidade de ‘editar’ as prote\u00ednas logo ap\u00f3s produzi-las. Esse processo, chamado de modifica\u00e7\u00e3o p\u00f3s-traducional, adiciona ou remove mol\u00e9culas – como a\u00e7\u00facares – para que a prote\u00edna funcione corretamente.<\/p>\n\n\n\n Em um exemplo um pouco mais pr\u00e1tico: vamos pensar que a produ\u00e7\u00e3o de uma prote\u00edna complexa \u00e9 como montar um carro. Uma c\u00e9lula de bact\u00e9ria consegue montar o chassi e o motor. Entretanto, al\u00e9m de conseguirem fazer isso, c\u00e9lulas animais tamb\u00e9m adicionam os acabamentos cruciais – os pneus, o volante e a pintura. S\u00e3o essas adi\u00e7\u00f5es que os cientistas chamam de modifica\u00e7\u00f5es p\u00f3s-traducionais. Sem elas, o \u201ccarro\u201d pode parecer completo, mas n\u00e3o funcionar\u00e1. \u00c9 por isso que produzir medicamentos humanos utilizando bact\u00e9rias frequentemente falha.<\/p>\n\n\n\n \u00c9 poss\u00edvel, sim, modificar uma c\u00e9lula vegetal ou f\u00fangica – ou mesmo bacteriana – para produzir prote\u00ednas animais, como a insulina. Contudo, o que pesquisadores descobriram nas \u00faltimas d\u00e9cadas foi que a aus\u00eancia dessas modifica\u00e7\u00f5es p\u00f3s-traducionais, que c\u00e9lulas animais realizam, impacta diretamente na efici\u00eancia e na fun\u00e7\u00e3o dessas prote\u00ednas quando utilizadas em bioprocessos, como tratamentos m\u00e9dicos. A utiliza\u00e7\u00e3o de fungos filamentosos nesse cen\u00e1rio surgiu como uma terceira via, com benef\u00edcios e tamb\u00e9m problemas. O lado bom \u00e9 que, assim como animais, fungos tamb\u00e9m s\u00e3o capazes de fazer modifica\u00e7\u00f5es p\u00f3s-traducionais; j\u00e1 o lado ruim \u00e9 que o local e a forma dessas modifica\u00e7\u00f5es s\u00e3o diferentes de mam\u00edferos, o que acaba impactando na fun\u00e7\u00e3o de muitas prote\u00ednas.<\/p>\n\n\n\n Em um primeiro momento, sim, isso \u00e9 verdade. Entretanto, com a evolu\u00e7\u00e3o das tecnologias de modifica\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica e o avan\u00e7o da engenharia metab\u00f3lica, esse cen\u00e1rio tem se alterado um pouco. O motivo para isso \u00e9 que nem sempre a melhor c\u00e9lula para produzir um bioproduto vai realizar essa produ\u00e7\u00e3o da forma mais eficiente poss\u00edvel. Um dos meios de medir essa efici\u00eancia, tratando-se de bioprocessos e engenharia metab\u00f3lica, \u00e9 o TRY, uma sigla para tr\u00eas m\u00e9tricas-chave na quantifica\u00e7\u00e3o de efici\u00eancia no mundo industrial:<\/p>\n\n\n\n Em termos puramente industriais e financeiros, quanto maior o t\u00edtulo (titer<\/em>) e menor a taxa (rate<\/em>) e coeficiente de rendimento (yield<\/em>), melhor o bioprocesso \u00e9, pois a c\u00e9lula est\u00e1 produzindo altas quantidades em um pequeno per\u00edodo de tempo, enquanto consome menos recursos para essa produ\u00e7\u00e3o. O objetivo \u00e9 encontrar uma celula que se destaque nas tr\u00eas m\u00e9tricas. <\/p>\n\n\n\n Voltando a pensar na pergunta feita anteriormente, hoje em dia, muitas pesquisas (como as do LEBIMO) s\u00e3o realizadas tentando alinhar esses conceitos: utilizar uma c\u00e9lula que seja uma boa produtora de biomol\u00e9culas, mas colocando todas as informa\u00e7\u00f5es nela (por meio de modifica\u00e7\u00f5es gen\u00e9ticas espec\u00edficas) para que esta possa produzir um novo bioproduto (com todas as suas especificidades) de forma mais eficiente do que a c\u00e9lula original.<\/p>\n\n\n\n Exatamente! Durante milhares de anos, a humanidade domesticou plantas e animais para a agricultura e pecu\u00e1ria, mas agora, com todo o nosso aparato biotecnol\u00f3gico e cient\u00edfico, as pesquisas t\u00eam focado cada vez mais na domestica\u00e7\u00e3o de fungos filamentosos para a produ\u00e7\u00e3o industrial de bioprodutos. Os fungos filamentosos – como Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Trichoderma reesei<\/em> e Penicillium chrysogenum<\/em> – naturalmente j\u00e1 secretam muitas prote\u00ednas e em altas quantidades. <\/p>\n\n\n\n Por exemplo, comparados \u00e0s leveduras (fungos unicelulares cl\u00e1ssicos na produ\u00e7\u00e3o industrial de cerveja e biocombust\u00edveis) que produzem cerca de 20 gramas de prote\u00edna por litro, fungos filamentosos como o A. oryzae<\/em> podem produzir entre 50 e 100 g\/L de prote\u00ednas.<\/p>\n\n\n\n Apesar de fungos filamentosos j\u00e1 serem usados na produ\u00e7\u00e3o de enzimas, antibi\u00f3ticos e outras prote\u00ednas, estes ainda s\u00e3o relativamente pouco estudados. Contudo, cada vez mais vem se observando a pot\u00eancia que esses fungos possuem para a produ\u00e7\u00e3o industrial. Eles s\u00e3o verdadeiros \u201ccoringas\u201d da biomanufatura: conseguem se alimentar de diversas fontes de energia e crescer em diferentes condi\u00e7\u00f5es. Al\u00e9m disso, ao contr\u00e1rio das bact\u00e9rias – que muitas vezes falham em produzir consistente e eficientemente prote\u00ednas complexas de animais -, esses fungos s\u00e3o capazes de \u201cler\u201d e executar tanto instru\u00e7\u00f5es gen\u00e9ticas simples quanto complexas. Tudo isso \u00e9 potencializado por uma multiplicidade de enzimas e rotas metab\u00f3licas que naturalmente possuem.<\/p>\n\n\n\n Por todas essas raz\u00f5es, os fungos filamentosos t\u00eam sido utilizados cada vez mais pela biomanufatura e biologia sint\u00e9tica na produ\u00e7\u00e3o de biomol\u00e9culas e, principalmente, de prote\u00ednas recombinantes. Essas s\u00e3o prote\u00ednas sintetizadas fora de seu organismo original – como a insulina humana sendo produzida por um fungo ou bact\u00e9ria em vez do p\u00e2ncreas humano. Mas, hoje em dia, a engenharia gen\u00e9tica j\u00e1 foi um passo al\u00e9m. Os cientistas j\u00e1 conseguem projetar f\u00e1bricas celulares (como fungos filamentosos) para produzir prote\u00ednas completamente novas – ou seja, n\u00e3o encontradas naturalmente nos seres vivos – e otimizadas que funcionam ainda melhor do que suas contrapartes naturais.<\/p>\n\n\n\n De novo, isso depende. Uma das grandes preocupa\u00e7\u00f5es hist\u00f3ricas na utiliza\u00e7\u00e3o de fungos para produ\u00e7\u00e3o industrial de alimentos \u00e9 a potencial produ\u00e7\u00e3o de toxinas (chamadas tamb\u00e9m de micotoxinas) “contaminando\u201d o bioproduto. Contudo, utilizando t\u00e9cnicas avan\u00e7adas de biologia molecular e engenharia gen\u00e9tica, cientistas j\u00e1 conseguiram criar novas variantes gen\u00e9ticas de fungos filamentosos que n\u00e3o possuem os genes ou a capacidade de produzir algumas dessas micotoxinas. <\/p>\n\n\n\n Quando um fungo filamentoso ou outro microrganismo deixa de oferecer um perigo para a vida humana por meio de procedimentos cient\u00edficos (como modifica\u00e7\u00f5es gen\u00e9ticas) \u00e9 dito que ele recebeu um status<\/em> de GRAS<\/em>, uma sigla para Generally Recognized As Safe<\/em> (ou, em portugu\u00eas, Geralmente Reconhecido Como Seguro). Esse status <\/em>normalmente \u00e9 dado a esses microrganismos por ag\u00eancias regulat\u00f3rias como o FDA, o \u00f3rg\u00e3o estadunidense com fun\u00e7\u00f5es similares a Anvisa. Nesse sentido, o A. oryzae<\/em> utilizado pelo LEBIMO e que tanto j\u00e1 falamos aqui possui o GRAS e isso \u00e9 mais um sinal de como ele se mostra \u00fatil e seguro para a produ\u00e7\u00e3o cient\u00edfica e industrial de bioprodutos. <\/p>\n\n\n\n Contudo, at\u00e9 agora falamos bastante sobre a efici\u00eancia na escolha de fungos filamentosos para a produ\u00e7\u00e3o industrial de prote\u00ednas recombinantes. Mas qual o impacto bio\u00e9tico disso? Por que precisamos tanto de microrganismos que sejam cada vez mais eficientes para a produ\u00e7\u00e3o? Isso pode acelerar o processo de fabrica\u00e7\u00e3o e tornar o produto final mais barato para a popula\u00e7\u00e3o? Seria poss\u00edvel 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 pr\u00f3ximo artigo desta s\u00e9rie.<\/p>\n\n\n\nEntre animais, vegetais, fungos e bact\u00e9rias, que tipo de c\u00e9lula deve ser a escolhida para produzir um bioproduto?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Ent\u00e3o, o melhor seria uma c\u00e9lula animal produzir bioprodutos animais, uma c\u00e9lula de planta produzir bioprodutos vegetais, e por a\u00ed vai?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
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\u00c9 por isso que est\u00e3o utilizando fungos filamentosos? Mas por que justamente eles? (comentar do GRAS)? <\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Ent\u00e3o, n\u00e3o h\u00e1 qualquer problema em utilizar fungos filamentosos para produzir prote\u00ednas recombinantes?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n