A Ind√ļstria Qu√≠mica do Futuro

Fig. 1 - ‚ÄúBioreator‚ÄĚ, arte de K-Kom - DeviantART.

Fig. 1 – ‚ÄúBioreator‚ÄĚ, arte de K-Kom – DeviantART.

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† “Um Qu√≠mico √© um mexedor de sopa, um operador fedorento.
¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬†Um Zimologista √© algu√©m que ajuda a manter bilh√Ķes de pessoas vivas. Eu sou um especialista em cultura de leveduras. (…)
¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬†Este laborat√≥rio mant√©m a New York Yeast funcionando. N√£o h√° um dia, nenhuma maldita hora, que n√≥s n√£o tenhamos culturas de cada linhagem de levedura na empresa crescendo em nossas caldeiras. N√≥s checamos e ajustamos os fatores dos requisitos de comida. N√≥s garantimos que est√£o se reproduzindo bem. N√≥s ‚Äėdobramos‚Äô a gen√©tica, come√ßamos as novas linhagens e as ‚Äėlimpamos‚Äô, descobrimos suas propriedades e moldamos elas novamente.(…)
¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Vinte anos atr√°s a Saccharomyces olei Benedictae era s√≥ uma linhagem com gosto horr√≠vel de sebo e boa para nada. Ela ainda tem gosto de sebo, mas seu conte√ļdo de lip√≠dios foi for√ßado de 15 para 87 por cento. Se voc√™ usou a Esteira Expressa hoje, apenas se lembre que ela √© lubrificada estritamente com S. o. Benedictae, linhagem AG-7. Desenvolvida aqui mesmo nesta sala.”

Trecho de “As Cavernas de A√ßo” (1953), de Isaac Asimov – tradu√ß√£o livre.

ResearchBlogging.orgDia 2 de Janeiro √© anivers√°rio do ‚Äúbom doutor‚ÄĚ Isaac Asimov, que j√° nos anos 50 descrevia um planeta Terra apinhado de pessoas em enormes conjuntos de constru√ß√Ķes urbanas, as ‚ÄúCavernas de A√ßo‚ÄĚ, t√≠tulo do livro que faz parte de sua s√©rie de romances sobre rob√īs que o fez ser um √≠cone da fic√ß√£o cient√≠fica. Mas um fato pouco lembrado √© sua vis√£o de como seria a ind√ļstria qu√≠mica do futuro, que se reflete at√© os dias de hoje. Antes de escritor, Asimov era bioqu√≠mico e portanto n√£o √© √† toa que no mesmo ano em que foi descoberta a estrutura do DNA, ele j√° conseguisse prever as possibilidades industriais da manipula√ß√£o gen√©tica como no trecho acima de seu livro. Nele um ‚Äúzimologista‚ÄĚ defende a import√Ęncia de seu trabalho em criar leveduras que possam produzir os mais variados tipos de qu√≠micos, num futuro onde o petr√≥leo mundial j√° se esgotou e a √ļnica fonte de mat√©ria-prima √© biomassa vegetal.

Fábrica da BASF em 1886 em Ludwigshafen, onde é a sede da empresa até os dias de hoje. Pelo menos olhando de longe, não é muito diferente das fábricas de hoje em dia, não? - Fonte: WIkimedia

Fábrica da BASF em 1886 em Ludwigshafen, onde é a sede da empresa até os dias de hoje. Pelo menos olhando de longe, não é muito diferente das fábricas de hoje em dia, não? РFonte: WIkimedia

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Essa ‚Äúbioind√ļstria do futuro‚ÄĚ nunca foi t√£o real como hoje. E j√° estava na hora. O cerne da maior parte da ind√ļstria qu√≠mica mundial ainda √© a mesma desde quando o Brasil ainda era um imp√©rio, mais ou menos na mesma √©poca em que o petr√≥leo come√ßa a ser usado como principal fonte para fabricar produtos qu√≠micos industriais. Naquele tempo era impens√°vel que os pequenos seres humanos poderiam causar um impacto ambiental t√£o grande num mundo t√£o vasto. Mas est√° ficando cada vez mais claro para a popula√ß√£o de 7,7 bilh√Ķes de pessoas que esse modelo de 200 anos precisa mudar, ou ainda vamos ter que aceitar conviver com cat√°strofes clim√°ticas.

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Todo esse tempo de exist√™ncia d√° um privil√©gio enorme para esse sistema de produ√ß√£o permanecer desse jeito. Foi s√≥ com uma verdadeira revolu√ß√£o cient√≠fica que a ind√ļstria de hoje ficou pronta para come√ßar a mudar: a revolu√ß√£o da decodifica√ß√£o gen√©tica. Quando os cientistas terminaram de montar o quebra-cabe√ßa que explicava como o DNA guardava instru√ß√Ķes para as rea√ß√Ķes qu√≠micas que coisas vivas conseguem fazer, um universo de possibilidades se abriu. Tudo isso culminou nos anos 2000, com uma nova abordagem do que um dia foi conhecido como engenharia gen√©tica, a Biologia Sint√©tica. Tratando c√©lulas da mesma maneira como engenheiros el√©tricos tratam circuitos eletr√īnicos, os avan√ßos da aplica√ß√£o dessa nova disciplina foram muito mais r√°pidos do que a manufatura de qu√≠micos e hoje a bioind√ļstria n√£o apenas existe mas j√° prospera. A manufatura de qu√≠micos por rotas biol√≥gicas j√° est√° em est√°gio comercial (ver Figura 3) e a OCDE (o ‚Äúclube dos pa√≠ses ricos‚ÄĚ) estima que em 2030 produtos derivados dessa ind√ļstria corresponder√£o at√© 2,7% do PIB de seus pa√≠ses membros – para se ter uma ideia, √© um valor pr√≥ximo da riqueza m√©dia que toda a agricultura, pesca e extra√ß√£o de madeira geram nesses pa√≠ses hoje em dia.

Figura 3: Exemplos de casos de sucesso de manufatura de qu√≠micos por rotas biol√≥gicas. Retirado de ‚ÄúIndustrialization of Biology‚ÄĚ, National Research Council, 2015.

Figura 3: Exemplos de casos de sucesso de manufatura de qu√≠micos por rotas biol√≥gicas. Retirado de ‚ÄúIndustrialization of Biology‚ÄĚ, National Research Council, 2015. (Clique para ver melhor)

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Boa parte das pessoas est√° completamente alheia a essas mudan√ßas, muito porque falta algum tempo at√© verificarmos as estimativas para 2030 e ainda estamos vivendo s√≥ come√ßo da mudan√ßa de ‚Äúmexedores de sopa‚ÄĚ para ‚Äúzimologistas‚ÄĚ na ind√ļstria. At√© agora a Biologia Sint√©tica foi a disciplina que melhor atendeu as expectativas do que seria o futuro da bioind√ļstria, mas ainda estamos longe de produzirmos tudo a partir de microrganismos. Hoje a fronteira com o futuro est√° na imprevisibilidade e complexibilidade dos sistemas biol√≥gicos. Apesar da analogia ser v√°lida, ‚Äúprogramar‚ÄĚ microrganismos n√£o √© a mesma coisa que computadores: s√£o tantas vari√°veis ainda mal compreendidas dentro de uma simples c√©lula que as coisas simplesmente n√£o funcionam como deveriam e muitas vezes os cientistas n√£o sabem exatamente o porqu√™. Pensando em focar esfor√ßos, v√°rios pesquisadores convocados pelo conselho nacional de pesquisa norte-americano montaram um plano para os pr√≥ximos 10 anos com os desafios a serem superados para uma ‚Äúmanufatura avan√ßada de qu√≠micos‚ÄĚ a n√≠vel industrial (ver Figura 4). Dentre os principais desafios est√£o o barateamento dos processos de uso de mat√©rias-primas renov√°veis, aumento da efici√™ncia dos processos de ganho de escala de bioprodu√ß√£o, desenvolvimento de ferramentas mais √°geis de constru√ß√£o de sistemas gen√©ticos e ‚Äúdomestica√ß√£o‚ÄĚ de microrganismos ainda n√£o explorados para uso industrial.

Figura 4: Planejamento de desafios a serem superados nos pr√≥ximos 10 anos para concretiza√ß√£o do potencial industrial da biotecnologia. Fonte: ‚ÄúIndustrialization of Biology‚ÄĚ, National Research Council, 2015.

Figura 4: Planejamento de desafios a serem superados nos pr√≥ximos 10 anos para concretiza√ß√£o do potencial industrial da biotecnologia. Fonte: ‚ÄúIndustrialization of Biology‚ÄĚ, National Research Council, 2015. (Clique para ver melhor)

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Parte dos executores desse plano s√£o novos de laborat√≥rios de biotecnologia chamados de ‚Äúbiofoundries‚ÄĚ. S√£o basicamente laborat√≥rios altamente automatizados (Figura 5), capazes de realizar uma quantidade sem precedentes de experimentos e fazer medi√ß√Ķes, quase 24 horas por dia, 7 dias por semana. A estrat√©gia √© usar a ‚Äúfor√ßa bruta‚ÄĚ das m√°quinas para conseguir lidar com uma quantidade enorme de vari√°veis, o que seria impratic√°vel em outras condi√ß√Ķes.

Figura 5: ‚ÄúBiofoundry‚ÄĚ versus um Laborat√≥rio de Biotecnologia comum. As bancadas de trabalho da Biofoundry s√£o tomadas por rob√īs que automatizam todos os processos com baixa interven√ß√£o humana, enquanto um laborat√≥rio comum apenas produz conforme o n√ļmero de pessoas que √© poss√≠vel caber numa mesma bancada! - Fonte: Ginkgo Bioworks (imagem da esquerda) e Wikimedia (imagem da direita).

Figura 5: ‚ÄúBiofoundry‚ÄĚ versus um Laborat√≥rio de Biotecnologia comum. As bancadas de trabalho da Biofoundry s√£o tomadas por rob√īs que automatizam todos os processos com baixa interven√ß√£o humana, enquanto um laborat√≥rio comum apenas produz conforme o n√ļmero de pessoas que √© poss√≠vel caber numa mesma bancada! – Fonte: Ginkgo Bioworks (imagem da esquerda) e Wikimedia (imagem da direita). (Clique para ver melhor)

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Em alguns lugares do mundo, como nos EUA, j√° se inicia um processo de estratifica√ß√£o de um ecossistema de empresas de biotecnologia e ind√ļstria: enquanto ‚Äúbiofoundries‚ÄĚ fazem o ‚Äúdesign‚ÄĚ dos microrganismos (como a Ginkgo Bioworks, Genomatica e Zymergen), grandes empresas investem em bioprodu√ß√£o de commodities qu√≠micas (como Braskem, Dow, Basf) e mol√©culas de alto valor agregado, ao mesmo tempo que startups surgem barateando sequenciamento e s√≠ntese de DNA (como a Twist Biosciences) e viabilizando softwares necess√°rios para toda a automa√ß√£o funcionar bem (como a Teselagen – que N√ÉO √© uma empresa hipster reinventando a tecelagem, como pode parecer). Como a mat√©ria prima desse tipo de ind√ļstria n√£o √© o petr√≥leo, seria poss√≠vel por exemplo existir um sistema de produ√ß√£o mais distribu√≠do, como acontece hoje com as microcervejarias regionais: a manufatura acontece em muitas f√°bricas de pequena escala, usando fontes locais de material para servir de alimento para os microrganismos.

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Nesse futuro muito pr√≥ximo, a riqueza da biodiversidade √© o c√≥digo de DNA. √Č como se todo organismo, seja ele microsc√≥pico ou gigantesco como um Jatob√°, fosse uma m√°quina biotecnol√≥gica que a pr√≥pria natureza produziu, com ‚Äúprogramas‚ÄĚ para fabrica√ß√£o de tudo o que o organismo √© capaz de fazer. Bastaria ent√£o fazer o ‚Äúdownload‚ÄĚ desse programa, estud√°-lo, e fazer ‚Äúupload‚ÄĚ dele em esp√©cies de microrganismos industriais.

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† O jeito que a ind√ļstria qu√≠mica fabrica produtos hoje em dia √© baseado em ‚Äúrotas de s√≠ntese‚ÄĚ. Ou seja, para se chegar em uma mol√©cula, √© preciso planejar todas as rea√ß√Ķes qu√≠micas, que devem acontecer do jeito certo, para no final se ter em grande quantidade o produto que se deseja. E essas rotas n√£o surgem ‚Äúdo nada‚ÄĚ, s√£o resultados de anos de pesquisa te√≥rica e pr√°tica; uma cria√ß√£o verdadeiramente humana. A vis√£o da ‚Äúbioind√ļstria‚ÄĚ qu√≠mica do futuro aproveitaria as ‚Äúrotas‚ÄĚ programadas nos ‚Äúsoftwares‚ÄĚ da Natureza. Dentro desse imagin√°rio, a riqueza da biodiversidade est√° em descobrir novas rotas ‚Äúprontas‚ÄĚ inclusive para mol√©culas qu√≠micas que j√° existem. Da√≠ a import√Ęncia da ‚Äúdomestica√ß√£o‚ÄĚ de novas esp√©cies para uso industrial. Hoje por enquanto √© poss√≠vel se contar com os dedos de apenas uma m√£o a quantidade de esp√©cies que s√£o mais usadas para bioprodu√ß√£o industrial – e sim, a levedura S. cerevisiae sugerida por Asimov est√° entre elas. Quantas esp√©cies de microrganismos ainda n√£o conhecidos pela ci√™ncia podem existir em uma grama de solo amaz√īnico, por exemplo? Enquanto engenheiros biol√≥gicos se esfor√ßam para pressionar essas poucas esp√©cies a produzir mais ‚Äúbioproduto‚ÄĚ, podem haver centenas de esp√©cies que, se exploradas geneticamente, poderiam produzir muito mais e muito mais facilmente do que a melhor cepa que j√° se conseguiu construir.

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† √Č claro que ainda existe toda uma ind√ļstria qu√≠mica para se ‚Äúbiotecnologizar‚ÄĚ, mas j√° √© um grande feito ter as principais commodities qu√≠micas sendo bioproduzidas e comercializadas de maneira competitiva com a ind√ļstria petroqu√≠mica. Isso mostra o peso dos imagin√°rios sociotecnol√≥gicos que criamos: mesmo com grandes desafios a serem resolvidos, as consequ√™ncias pol√≠ticas e sociais dessas expectativas atra√≠ram e atraem investimento suficiente para tornar real aquilo que a pouco tempo atr√°s era mera fic√ß√£o cient√≠fica. Esse imagin√°rio de uma biotecnologia futurista j√° tem at√© organiza√ß√£o pol√≠tica representativa no Brasil: a ‚Äúfrente parlamentar da bioeconomia‚ÄĚ, que defende os interesses das bioind√ļstrias emergentes, em articula√ß√£o com o agroneg√≥cio.

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬† Asimov com certeza sabia que uma posi√ß√£o vision√°ria precisa de expectativas familiares o suficiente para produzir um futuro reconhec√≠vel. A s√©rie ‚ÄúBlack Mirror‚ÄĚ (se voc√™ n√£o conhece, fica a dica!) usa essa mesma receita. Se essas expectativas forem muito diferentes da experi√™ncia coletiva ningu√©m a levar√° a s√©rio, e talvez seja por isso que as hist√≥rias de Asimov parecem envelhecer pouco com o passar das d√©cadas: elas se baseiam em imagin√°rios sociais s√≥lidos que existem at√© hoje, e que s√£o provavelmente t√£o importantes quanto as pr√≥prias tecnologias para dar forma ao futuro.¬†

¬† ¬† ¬† ¬† ¬† ¬†E a√≠, j√° imaginou? √Č assim que o futuro come√ßa.

Referências

  • National Academies Press (2015).
    Industrialization of Biology: A Roadmap to Accelerate the Advanced Manufacturing of Chemicals
    Report of National Research Council of the National Academies Epub ISBN: 0-309-31655-3
  • ASIMOV, Isaac. The caves of steel. 1954. New York: Spectra, 1991.
  • HILGARTNER, Stephen; MILLER, Clark; HAGENDIJK, Rob (Ed.). Science and democracy: making knowledge and making power in the biosciences and beyond. Routledge, 2015.
  • https://www.camara.leg.br/noticias/560651-camara-lanca-frente-parlamentar-mista-da-bioeconomia/