BIOL O G I A

B i o t e c n o l o g i a

P r o f . I r a p u a n O l i v e i r a P i n h e i r o

2a edição | Nead - UPE 2013

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)Núcleo de Educação à Distância - Universidade de Pernambuco - Recife

Xxxxxxxx, Xxxxxxxx XxxxxxxxXxxxxxxxxxxx / Xxxxxxxx Xxxxxxxx Xxxxxxxx. – Recife: UPE/NEAD, 2009.

73 p.

ISBN - xxxxxxxxxxxxxxxxx

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO - UPE

ReitorProf. Carlos Fernando de Araújo Calado Vice-ReitorProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

Pró-Reitor AdministrativoProf. Maria Rozangela Ferreira Silva

Pró-Reitor de PlanejamentoProf. Béda Barkokébas Jr.

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Pró-Reitor de Desenvolvimento Institucional e ExtensãoProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

NEAD - NÚCLEO DE ESTUDO EM EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA

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Edição 2013Impresso no Brasil

Av. Agamenon Magalhães, s/n - Santo AmaroRecife / PE - CEP. 50103-010Fone: (81) 3183.3691 - Fax: (81) 3183.3664

Biotecnologia

Prof. Irapuan Oliveira Pinheiro Carga horária I 60H

eMenta

Biotecnologia: conceito, história; Biossegu-rança e Bioética; Produtos de Origem Biotec-nológica; Biosseparação; Biotecnologia e Ambiente.

oBJetiVo geRal

Discutir sobre o surgimento, o desenvolvi-mento, a importância e as questões éticas da biotecnologia na produção de bens e servi-ços úteis para ao humano.

aPReSentaÇÃo Da DiSciPlina

Nos seis capítulos desta disciplina, serão tratados temas atuais sobre Biotecnologia, uma área da ciência que é a interseção en-tre a biologia, a química e a engenharia, cujas fronteiras se expandem rapidamente, graças à engenharia metabólica e à enge-nharia genética.

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Biotecnologia: conceito e HiStóRia

Prof. Irapuan Oliveira Pinheiro Carga horária I 10H

oBJetiVoS eSPecÍFicoS

• Discutir sobre o que é biotecnologia,como surgiu e como evoluiu de biotec-nologia empírica, passando por clássica até chegar à biotecnologia moderna;

• Avaliar a importância da genética nabiotecnologia moderna e quais os no-vos caminhos por onde deve seguir a biotecnologia.

intRoDUÇÃo

Este é o primeiro de uma série de cinco ca-pítulos nos quais serão abordados diversos temas ligados à Biotecnologia. No primeiro capítulo, discutiremos sobre a história da bio-tecnologia e sua evolução e será apresentado um conceito. No final do capítulo, abordare-mos sobre genética e vanguarda biotecnoló-gica. No segundo capítulo, vamos destacar a importância da evolução da genética, dando origem à biotecnologia moderna. No tercei-ro capítulo, trataremos das implicações dos desenvolvimentos biotecnológicos na bios-segurança e na bioética. O quarto capítulo foi reservado para destacar a grande varie-dade de produtos que podem ser obtidos por processos biotecnológicos, enquanto no quinto capítulo é apresentado um mode-lo de classificação dos processos utilizados na purificação de produtos biotecnológicos (biosseparação). Finalmente, no sexto e úl-timo capítulo, são discutidas questões rela-tivas à biotecnologia e ao meio ambiente,

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8como: utilização de processos biotecnológicos no tratamento de efluentes, biorremediação de impacto ambiental e a relação entre bio-tecnologia e a biodiversidade. A biotecnologia é uma área multidisciplinar, bastante ampla e em rápida evolução, de tal forma que muitos conhecimentos estão constantemente sendo gerados.

1. HiStóRia Da BiotecnologiaA biotecnologia tem feito parte da vida do ho-mem, antes mesmo de ele entender a biologia. A preparação de cerveja pelos babilônios e su-mérios e a fabricação de pão pelos egípcios já ocorriam centenas de anos antes do nascimen-to de Cristo, apesar de não serem conhecidos seus fundamentos. Os astecas cultivavam al-gas em lagos para utilizá-las como fonte de alimentação e, desde a Antiguidade, o homem seleciona sementes e desenvolve técnicas para o plantio, escolhendo animais para a reprodu-ção e para o cruzamento de espécies. Todos esses são exemplos de processos biotecnoló-gicos. Como foi possível tal desenvolvimen-to, sem que antes se tornassem conhecidos os princípios que regem esses processos? A resposta está no acúmulo de muita experiên-cia e na geração de conhecimento para que se pudesse repetir um processo sempre que fosse necessário. Essa era a Biotecnologia Em-pírica, resultante de tentativas e erros e que se confundia, em alguns momentos, com a própria cultura dos povos. Neste estágio de desenvolvimento, a biotecnologia tinha muito mais crenças que tecnologia e ciência, e mui-tos dos resultados obtidos eram associados a deuses e demônios. A Biotecnologia Clássica teve início com os avanços da tecnologia e da ciência, a partir do século XIX, com destaque para a microbiologia, que levaram a grandes progressos na tecnologia das fermentações. No início do século XX, foram desenvolvidas técnicas de cultura de tecidos, permitindo que mais produtos pudessem ser obtidos por via biotecnológica.

Outra fase de evolução da biotecnologia co-meçou com a descoberta das células em um pedaço de cortiça por Robert Hooke, em 1665,

o que desencadeou uma onda de novas des-cobertas e invenções. Anton van Leeuwenho-ek, cerca de dez anos mais tarde, construiu um microscópio (Figura 1) com capacidade de 270 vezes, o que permitiu ver microrganismos pela primeira vez. Cento e setenta anos se-pararam a descoberta dos microrganismos do lançamento da teoria de Matthias Schleiden e Teodore Schwann de que todos os seres vivos eram formados por células. Em 1856, o mon-ge católico Gregory Mendel, que trabalhava em Brno, República Tcheca, iniciou seus experi-mentos com ervilhas para tentar desvendar os segredos da hereditariedade através do cruza-mento de variedades com sementes e cores de flores diferentes.

Figura 1 – Microscópio óptico. 1-Ocular; 2-Revólver; 3-Objetiva; 4-Parafuso macrométrico; 5-Para--fuso micrométrico; 6-Platina; 7-Es-pelho; 8-Condensador

A publicação do artigo intitulado “Experiments with plant hybrids”, em 1865, com os resul-tados destas pesquisas, sugere, pela primeira vez, a hipótese da existência dos genes como unidades básicas nas quais estariam armaze-nadas as características das plantas e de onde poderiam ser transmitidas através do processo de reprodução. Somente no século XX é que os avanços da química e da física permitiriam confirmar plenamente estas hipóteses. Em ex-perimentos com adição de corantes, para visu-alizar células ao microscópio, algumas estru-turas que sofriam coloração de forma distinta foram observadas e receberam o nome de cro-mossomos. Mendel, com seus experimentos, abriu caminho para a Biotecnologia Moderna. Em 1941, George Beadle e Edward Tatum (Fi-gura 2) propuseram a teoria “um gene/uma

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9enzima”, respondendo a uma dúvida da co-munidade científica sobre qual a finalidade dos genes. Segundo eles, os genes armazenam, de forma codificada, as informações sobre, por exemplo, estatura, cor dos olhos, fisionomia etc. Através dos genes, são repassados coman-dos para a produção de proteínas que, junto com a água, são os principais constituintes pri-mários dos seres vivos. Desenvolvimento acele-ra a geração de mais desenvolvimento e já em 1944, Oswald Avery identificou o DNA (ácido desoxirribonucléico) como unidade formadora dos genes.

fita aparecia C e vice-versa. Todos os processos dos seres vivos estão codificados na sequência dos aminoácidos (A, C , G e T), que é o alfabe-to genético. Os genes diferem em tamanho e sequência, ou seja, em número de nucleotíde-os e na sequência destes. Uma pergunta que deve estar na sua mente é: Como os quatro nucleotídeos que codificam os 20 aminoácidos dão origem a todas as proteínas encontradas nos seres vivos? Em 1967, Har Gobind Khora-na e Marshall Niremberg conseguiram decifrar o código genético concluindo que o DNA era organizado em trincas de nucleotídeos chama-das códons. Os quatro nucleotídeos permitem gerar 64 (43) diferentes trincas mais que o su-ficiente para codificar os 20 diferentes amino-ácidos. Muitos aminoácidos são codificados por mais de um códon cuja tradução é feita através de um ácido nucléico intermediário, o RNA mensageiro (RNAm), transcrito a partir da sequência do complementar de gene RNA.

Figura 2 - George Beadle e Edward Tatum.

George Wells Beadle (1903-1989)

Edward Lawrie Tatum (1909-1975)

Esta descoberta impulsionou vários grupos de pesquisa a estudarem o DNA, sendo sua com-posição rapidamente elucidada. O DNA é uma molécula formada por açúcar, fosfato e quatro bases nitrogenadas: adenina, citosina, guani-na e timina. As quatro bases nitrogenadas for-mam um sistema quaternário através do qual são armazenadas e transmitidas as informa-ções contidas no código genético. As bases nitrogenadas ou nucleotídeos, também deno-minadas pelas iniciais A, C, T e G, são como o alfabeto do código genético. Em 1953, foi descoberta a estrutura helicoidal do DNA (Fi-gura 3) por James Watson (americano) e Fran-cis Crick (inglês), ambos da Universidade de Cambridge, Inglaterra. Os trabalhos de Crick e Watson revolucionaram a genética e acelera-ram as descobertas da estrutura fina do DNA. Eles demonstraram o modelo dupla hélice do DNA, formado por duas fitas paralelas com uma sequência de nucleotídeos complementa-res, ou seja, se numa fita havia A, na outra fita aparecia T, e, se numa fita havia G, na outra

Figura 3 -Estrutura de um DNA.

As proteínas são os produtos finais da tradu-ção dos genes, diferindo entre si pelo tipo e pela ordem dos aminoácidos em sua estrutu-ra. As proteínas apresentam função estrutural (colágeno e elastina) ou metabólica (hormônio e enzimas). O DNA armazena as informações que codificam a produção das proteínas e o RNA monta as proteínas, agrupando os amino-ácidos com base no DNA. O código genético (sequência de nucleotídeos), que codifica uma proteína é o mesmo, esteja ele no genoma do

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10homem, de bactérias, de vegetais etc.. Isso permite que os engenheiros genéticos pos-sam transferir genes entre diferentes espécies e, consequentemente, transferir características entre eles. Em 1973, Paul Berg utilizou pro-priedades químicas de certas proteínas para realizar experimentos nos quais sequências de genes foram recortadas do DNA de uma espé-cie qualquer e introduzi-las no DNA de outra espécie. Esta técnica criada por Berg é conheci-da como técnica do DNA-recombinante e mar-ca o início da Biotecnologia Moderna, também

chamada de Engenharia Genética. Paul Berg foi agraciado com o prêmio Nobel de química em 1980, pela invenção dessa técnica.

A Tabela 1.1 apresenta a evolução da biotec-nologia até os dias atuais. A Biotecnologia vem sendo utilizada desde a Antiguidade, mesmo sem o conhecimento dos agentes causadores das transformações, mas somente passou a ser considerada altamente prioritária há pouco tem-po com a utilização, em maior escala, da cha-mada Biotecnologia “Moderna”: engenharia genética ou tecnologia do DNA recombinante.

Tabela 1.1 Evolução da biotecnologia (Borém e Santos 2008)

10.000 a 8.000 aC

Registros dos primeiros agricultores no Oriente Médio, Ásia e Américas, iniciando domesticação de espécies vegetais.

4.000 aC Indícios mais antigos de uso da fermentação para produção de pão e cerveja.

2.000 aC Produção de vinhos na Grécia

1859 Charles Darwin (Figura 1.4) publica o livro “Origem das espécies”, no qual dedica um capítulo ao estu-do dos processos de seleção artificial em animais domésticos.

1865 Louis Pasteur iniciou os estudos sobre o papel dos microrganismos na fermentação e o processo de esterilização, hoje conhecido como “pasteurização”.

1866 O monge austríaco Gregor Mendel (Figura 1.5) publica seus trabalhos sobre hereditariedade, descre-vendo como as características são passadas de uma geração para outra.

1908 Primeiro híbrido de milho é produzido por George H. Shull, no Instituto Carnegie, EUA.

1919 O termo biotecnologia foi cunhado pelo húngaro Karl Ereky

1953 Watson e Crick descrevem a hélice dupla do DNA, elucidando a estrutura tridimensional dessa molé-cula.

1960 Após décadas de trabalho, Norman E. Borlaug desenvolve o trigo semi-anão, iniciando a Revolução Verde, que salva milhões de pessoas da morte por fome.

1961 Marshall Nieremberg e Gobind Korana decifram o código genético, isto é, convertem a informação contida no DNA em sequência de aminoácidos da proteína.

1973 Cohen e Boyer fazem a primeira experiência de engenharia genética, unindo genes de dois organismos diferentes, usando enzimas de restrição, o que dá início à biotecnologia moderna.

1978 Boyer sintetiza a primeira versão recombinante do gene humano da insulina.

1982 Produção da primeira planta transgênica, tabaco resistente a insetos.

1985 Primeiros experimentos de campo com plantas transgênicas resistentes a insetos, vírus e bactérias são realizados nos EUA.

1994 O tomate Flavr Savr é aprovado para liberação comercial pelo FDA (Food and Drug Administration), tornando-se o primeiro alimento GM a chegar às prateleiras dos supermercados americanos.

1995 O primeiro genoma, o de uma bactéria, é completamente seqüenciado.

1995 a 1996

Variedades transgênicas de soja e milho são aprovadas para liberação comercial nos EUA, dando início à rápida adoção desta tecnologia por agricultores em diferentes países.

1996 Conjuntamente, seis países plantam o primeiro milhão de hectares com transgênicos. Nasce o primeiro clone de mamífero, a ovelha Dolly (Figura 1.6), gerada a partir de células somáticas de uma ovelha adulta doadora.

1999 Cientistas suíços e alemães desenvolvem o arroz dourado, rico em beta-caroteno, precursor da vitami-na A, importante na prevenção de alguns tipos de cegueira.

2000 O genoma da primeira espécie vegetal, Arabadopsis thaliana, é seqüenciado. Conjuntamente, 13 pa-íses atingem a marca de 25 milhões de hectares plantados com variedades transgênicas, um aumento de 25 vezes a área cultivada em 1996.

2003 A conclusão do seqüenciamento do genoma humano é anunciada.

2007 Cientistas dos EUA anunciam a geração de células-tronco embrionárias a partir de células da pele de macacos, o que deverá permitir o desenvolvimento da clonagem terapêutica.

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11agricultura, pecuária e cultivos microbianos e de tecidos, é biotecnologia? Outra questão é: a biotecnologia envolve todas as técnicas de base biológica ou apenas as tecnologias de ponta? Vamos começar falando das caracte-rísticas. A biotecnologia é uma área multidis-ciplinar, envolvendo primariamente biologia, química e engenharia e, de forma mais abran-gente, farmacologia, informática dentre ou-tras (Figura 7).

Figura 4 - Charles Robert Darwin foi um naturalista britânico que al-cançou fama ao convencer a comu-nidade científica da ocorrência da evolução e propor uma teoria para explicar como ela se dá por meio da seleção natural e sexual.e histológica entre os órgãos vegetativos.

Figura 5 – Gregor Johan Mendel foi um monge agostiniano, botânico e meteorologista austríaco.

Figura 6 – A ovelha Dolly permanece empa-lhada no Royal Museum of Scotland, em Edin-burgo.

2. o QUe É Biotecnologia?Depois de tudo o que foi dito, é preciso desen-volver um conceito para biotecnologia. Como você deve ter observado, a biotecnologia per-meia por todos os processos que envolvem se-res vivos. Então, todo processo que envolver

ENGENHARIA

ENGENHARIAQUÍMICA

EngenhariaBioquímica

QuímicaIndustrial

BiotecnologiaIndustrial

BioquímicaBiologia

Molecular

Biologia Química

Figura 7 – Biotecnologia, uma área multidisciplinar (Borzani e colabo-ardores, 2001).

Outra característica da biotecnologia é a dis-persão, ou seja, os produtos e os processos biotecnológicos encontram aplicação em di-versos setores. como indústria de alimentos e bebidas, indústria farmacêutica (vitaminas, antibióticos, esteróides, vacinas), agricultura (inoculantes agrícolas) indústria de papel e ce-lulose, biorremediação (água e solo poluídos), tratamento de efluentes. Como já vimos ante-riormente, a biotecnologia evoluiu de empírica para clássica e moderna. As principais técni-cas da biotecnologia tradicional são: processos fermentativos e enzimáticos (Figura 8), fixação biológica de nitrogênio, cultura de tecidos e extração biológica. Os processos fermen-tati-vos e enzimáticos possuem diversas aplicações industriais, como, por exemplo, produção de antibióticos, ácidos, alcoóis, vitaminas, amino-ácidos, alimentos e bebidas. A fixação biológi-ca de nitrogênio pode ser aplicada para cultu-ras de soja e feijão. A cultura de tecidos tem importante aplicação na produção de mudas de plantas. A extração biológica é aplicada na

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12produção de vacinas, soro e biofármacos. Já a biotecnologia moderna utiliza técnicas como, DNA-recombinante, anticorpo monoclonal e genômica. A técnica do DNA-recombinante encontra aplicações na indústria farmacêuti-ca para produção de vacinas e biofármacos, e na agricultura na produção de sementes ge-neticamente modificadas. A técnica do anti-corpo monoclonal é aplicada tanto na saúde humana quanto animal. A genômica tem apli-cação na saúde (farma-cogenômica e terapia gênica), na agricultura visando ao combate de pragas através do estudo de genoma de fito-patógenos, e na pecuária, visando ao aumento da produtividade e ao combate a doenças. Figura 8 – Esquema de um biorreator para a reali-

zação de cultivos submersos

Você deve estar se perguntando se vai ser apresentado um conceito para biotecnologia ou não. No site do Instituto de Tecnologia ORT do Rio de Janeiro, encontra-se a seguinte definição:

“Biotecnologia é a aplicação dos princípios científicos e da Engenharia ao processamento de materiais, através de agentes biológicos, para prover bens e assegurar serviços” ou, simplificando, “Biotecnologia é a utilização de agen-tes biológicos para prover bens e assegurar serviços” (http://www.ort.org.br/biotecnologia/o-que-e-biotecnologia).

A Figura 9 apresenta um diagrama que representa este conceito.

Conhecimento: Microbiologia, Bioquímica,

Genética, Engenharia,Química, Informática

Bens:Alimentos, Bebidas, Pro-dutos Químicos, Energia,Produtos Farmacêuticos,

Pesticidas etc.

Agentes Biológicos:Microrganismos, Célulase Moléculas (Enzimas,Anticorpos, DNA etc.)

Serviços:Purificação da água,

Tratamento de resíduos,controle de poluição etc.

BIOTECNOLOGIA

Figura 9 – Biotecnologia, aplicação de conhecimento e de agentes biológicos para produzir bens e assegurar serviços.

Seguem abaixo outras definições para biotec-nologia:

“Entende-se por Biotecnologia o conjunto de conhe-cimentos técnicos e métodos, de base científica ou prática, que permite a utilização de seres vivos como parte integrante e ativa do processo de produção in-dustrial de bens e serviços.” Prof. Antônio Paes de Carvalho

“O conjunto de processos industriais que englobam processos biológicos.”

Office of Technology Assessement

“Aplicação da Bioquímica, da Biologia, da Microbio-logia e da Engenharia Química aos processos e pro-dutos industriais (incluindo os produtos relativos à saúde, energia e agricultura) e ao meio ambiente”.

Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée

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13“A utilização dos sistemas celulares para obtenção de produtos ou desenvolvimento de processos industriais”.

CNPq – Programa Nacional de Biotecnologia

“Aplicação de processos biológicos à produção de materiais e substâncias para uso industrial, medicinal, farmacêutico, etc.”

Dicionário Aurélio – versão eletrônica

A seguir, é apresentada uma relação de produ-tos e serviços de origem biotecnológica:

• Produçãodeetanol.

• ProduçãodeAlimentos(pães,queijos,cer-veja, vinho).

• Produçãodeácidos(ácidoscítrico,itacôni-co, glucônico, glucono-ß-lactona, lático).

• Produçãodesolventes(fermentaçõesace-tono-butanólica, butanol-isopropanol).

• Produçãode vitaminas (cianocobalamina,riboflavina, ácido ascórbico)

• Produçãodeantibióticos(ß-lactâmicos).

• Produção de polissacarídeos (polissacarí-deos geleificantes).

• Produçãodeaminoácidos.

• Produçãodeesteróides.

• Produçãodemicrorganismos.

• Produçãodepoliésteresbacterianos(PHAs– polihidroxialca-noatos, PHB).

• Produçãodebioinseticidas.

• Produçãodeinoculantesagrícolas(inocu-lantes para Fixação Biológica de Nitrogênio).

• Produçãodevacinas.

• Produçãodeenzimasmicrobianas(origensanimal, vegetal e microbiana).

• Animal:pancreatina,pepsina,renina(coa-lho), catalase.

• Vegetal:papaína,bromelina,ficina,malte.

• Microbiana:protease,celulase,GFOR,as-paraginase, lipase.

• Biodegradaçãodamadeiraeseuscom-ponentes.

• Lixiviaçãobacterianademinérios.

• Tratamento biológico de efluentes (aeró-bio, anaeróbio).

ORGANISMO GENETICAMENTE MODIFICADO (OGM) - qualquer organismo (entidade bioló-gica dotada de capacidade reprodutora ou de transferência de material genético), com ex-ceção do ser humano, cujo material genético tenha sido modificado de uma forma que não ocorre naturalmente por meio de cruzamentos e/ou de recombinação natural.

ORGANISMO GENETICAMENTE MODIFICADO (OGM) - qualquer organismo (entidade bioló-gica dotada de capacidade reprodutora ou de transferência de material genético), com ex-ceção do ser humano, cujo material genético tenha sido modificado de uma forma que não ocorre naturalmente por meio de cruzamentos e/ou de recombinação natural.

Vamos agora retomar à pergunta do início deste tópico: Então todo processo que envol-ver agricultura, pecuária e cultivos microbia-nos e de tecidos, é biotecnologia? O termo biotecnologia somente tem sido empregado na agricultura, quando se fala de OGM’s – Or-ganismos Geneticamente Modificados, mais especificamente Transgênicos, ou seja, plan-tas que apresentam genes de outras espécies, visando à introdução de características de in-teresse tecnológico, bem como ao combate a pragas mediante o estudo de genoma de fi-topatógenos. Como exemplo, podemos citar plantas (hortaliças) que receberam genes que codificam uma proteína, produzida pelo Ba-cillus thuringiensis kustaki (Btk), que é tóxica a lagartas. Esta característica evita que sejam utilizados larvicidas nas lavouras.

As técnicas de cultivo de vegetais não costu-mam ser classificadas como biotecnologia, apesar de as plantas serem seres vivos. Na pe-cuária, o termo biotecnologia está associado ao processo de clonagem de animais, visando

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14à obtenção de animais mais resistentes a do-enças e que apresentem maior produtividade. A diferença fundamental entre a biotecnologia clássica (Mendel) e a biotecnologia moderna (Berg) é que com a técnica do DNA-recombi-nante, é possível compartilhar características genéticas de seres vivos dos reinos animal e vegetal. Estas trocas genéticas entre animais e plantas não ocorrem naturalmente, sendo so-mente possível através da intervenção humana.

Os processos biotecnológicos apresentam al-gumas vantagens como: ser a única rota para obtenção de certas substâncias, como proteí-nas terapêuticas e vacinas; apresentar proces-so mais simplificado para obtenção de certas substâncias, acarretando maiores rendimen-tos; economizar energia devido às condições mais brandas de temperatura e pressão; uti-lizar, muitas vezes, recursos renováveis como matéria-prima; e especificidade, ao agirem so-bre enantiômeros específicos.

Estas vantagens têm impulsionado o surgi-mento de um número cada vez maior de pro-dutos de origem biotecnológica, que vão de cosméticos a produtos farmacêuticos, passan-do por produtos alimentícios, e que terão a biosseparação como etapa final do processo de produção.

3. engenHaRia genÉtica e tRanSFeRÊncia gÊnicaO engenheiro genético é aque-le que constrói genes artifi-ciais, visando sua transferência para outros organismos. Os equipamentos utilizados em laboratórios são relativamen-te simples, comparados com equipamentos utilizados na engenharia nuclear, por exem-plo, e de uso bastante abran-gente, como é o caso dos termocicladores (Figura 10), também chamados de equipa-mentos de PCR. A maior parte das descobertas que deram à engenharia genética resultou de pesquisas com bactérias.

A introdução dos microrganismos nas pesqui-sas genéticas foi um marco decisivo para o desenvolvimento da genética, por possuírem qualidades ideais para este tipo de estudo:

• Ciclo de vida rápido, permitindo a trans-missão das características hereditárias em curto intervalo de tempo;

• Comosãoseresmicroscópiospodemsercul-

tivados em grande número, necessitando de pouco espaço e, portanto, com economia.

• Como sãomenos complexosqueplantas

e animais superiores em suas exigências nutricionais e de cultivo, permitem uma elucidação mais fácil dos mecanismos de herança, principalmente em seus aspectos moleculares;

• Umagrandemaioriadosmicrorganismos

possui, apenas, um ou uma série única de cromossomos, que são as estruturas que contêm a maior parte do material genético DNA. Além disso, nas bactérias, que são organismos procariotos, isto é, sem nú-cleo, estando o DNA livre no citoplasma;

• Existem inúmeras espécies e variedades

na natureza, ocorrendo em todos os am-bientes, sendo, algumas vezes, capazes de sobreviver nas condições mais extremas de temperatura, pressão e umidade. Como exemplo, tem-se a Taq-polimerase, que foi isolada de bactérias que vivem em fontes termais.

Muitas bactérias também possuem outros pequenos cromossomos cir-culares, denomi-nados plasmídeos, que, frequente-mente, portam ge-nes que conferem resistência a anti-bióticos e que são passados de uma bactéria para ou-tra, permitindo a transferência de genes. Figura 10 – Termociclador ou equipamento de PCR.

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15Esta característica é utilizada pelos engenhei-ros genéticos para transferir genes entre orga-nismos, que podem ser de espécies distintas. Essa habilidade faz com que os plasmídeos se-jam classificados como vetores.

A partir dos plasmídeos naturais, foram obti-dos os plasmídeos artificiais, sendo o pBR322 o mais conhecido. Esse plasmídeo artificial foi obtido a partir de fragmentos de plasmídeos naturais de E. coli. Também foram desenvolvi-dos sistemas de clonagem a partir de bacteri-ófagos ao invés de plasmídeos. Esses sistemas proporcionam uma maior facilidade e isola-mento das moléculas híbridas. O vírus infec-cioso portador do DNA recombinante aumen-ta significativamente a eficiência do processo em relação à transformação utilizando plasmí-deos (Figura 11). Os cosmídeos surgiram da união das vantagens dos dois sistemas: com plasmídeo de 2µm da levedura Saccharomyces cerevisiae da qual se obteve a origem para re-plicação da maioria dos vetores da levedura.

(sítio de clonagem). Isso permite que o ve-tor seja clivado em um só ponto, no qual será inserido o DNA estrangeiro. Eviden-temente, a presença de vários sítios únicos para diferentes enzimas de restrição é alta-mente desejável;

• Serportadordeumaorigemdereplicação

compatível com o sistema de replicação do hospedeiro. Assim, será possível a perpe-tuação do vetor nos descendentes da célu-la transformada;

• Conter, pelo menos, um gene marca-

dor, para permitir a seleção dos clones transformantes dentre o grande núme-ro de células submetidas ao processo de transformação;

• Ter controle relaxado de replicação para

permitir que o DNA do plasmídeo seja replicado, possibilitando a obtenção de quantidades mais significativas de gene estrangeiro;

• Nãoserplasmídeoconjugativo,paraevitar

disseminação do DNA recombinante fora do laboratório.

O organismo mais usado até hoje conti-nua sendo E. coli devido à grande quan-tidade de conhecimento acumulado sobre seus mecanismos genéticos e bioquímicos. Entretanto, essa bactéria apresenta algu-mas desvantagens, principalmente para a produção em larga escala de proteínas re-combinantes:

• Essa bactéria é normalmente encontradano trato intestinal, é potencialmente pa-togênica, e mesmo linhagens não patogê-nicas produzem endotoxinas, que podem contaminar produtos, sendo particular-mente problemática sua utilização para obtenção de produtos farmacêuticos inje-táveis, como a insulina.

• Não secreta as proteínas de forma efi-

ciente para o meio, retendo-as no espa-ço periplásmico, o que, em certos casos, não é desejável. Isso dificulta as etapas de separação.

Para outros organismos, empregam-se vírus como vetores de clonagem, como é o caso de vírus de mamíferos e de insetos. A maioria dos vetores construídos para diferentes célu-las eucarióticas é do tipo vetores-ponte ou bi-funcionais. Eles são caracterizados por serem compatíveis com dois sistemas diferentes, ou seja, capazes de transformar tanto a célula eu-cariótica em questão quanto à bactéria E. coli. Isso permite aproveitar as vantagens dos dois sistemas hospedeiros. O vetor de clonagem deve ter as seguintes características:

• Ter baixo peso molecular, o que permiteque seja facilmente isolado intacto;

• Apresentar, pelo menos, um sítio únicopara uma determinada enzima de restrição

Figura 11 – Desenho esquemático de uma bactéria com plasmí-deos no seu interior. (1) DNA cromossômico, (2) Plasmídeos.

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16Bacillus subtilis, uma bactéria Gram positiva que também tem sido utilizada como hospe-deira, apresenta as seguintes características:

• Nãoépatogênica;• Nãoproduzendotoxinas;• Boasecretora;• Apresentainstabilidadeestruturalsegrega-

cional e sofre intensa recombinação. Con-sequentemente, o DNA estrangeiro acaba se diluindo na população.

A levedura Saccharomyces cerevisiae (Figura 12) é o mais utilizado dos hospedeiros eucarió-ticos para os quais foram desenvolvidos vários vetores plasmidiais especializados. É um orga-nismo unicelular, não patogênico, capaz de re-alizar a maioria das modificações pós-tradução que as proteínas de mamífero sofrem nas cé-lulas de origem. O fato de esta levedura já ser explorada pelo homem há mais de 8.000 anos para produzir alimentos (pão, vinho, cerveja), sem nunca ter se mostrado patogênica, tem levado à sua escolha para expressão de pro-dutos de vertebrados de alto valor agregado, principalmente para aplicação terapêutica. Por outro lado, considerando que S. cerevisiae já é um organismo tradicionalmente empregado em processos biotecnológicos, o desenvolvi-mento da engenharia genética desta levedura permitiu que se realizassem passos de melhora-mento genético da própria célula hospedeira. Por exemplo, foram obtidas linhagens recom-binantes de S. cerevisiae, capazes de degradar amido, pela inclusão de genes que codificam a síntese de enzimas amilolíticas.

riedade e da biologia molecular que a contri-buição de todos os outros seres vivos juntos.

O material gênico de qualquer organismo é a substância portadora das informações que de-terminam todas suas características. Os genes são constituídos de DNA, que são herdados de pais para filhos, ao longo das gerações. Estes genes são portadores de informações sobre es-truturas e funções biológicas, que estão codi-ficadas pela sequência de nucleotídeos A, C, G e T. A informação gênica é convertida em RNA mensageiro (RNAm), responsável por definir o tipo, a ordem e o número de aminoácidos, que vão compor as proteínas. A estrutura tridi-mensional das proteínas irá definir sua função biológica.

A engenharia genética surgiu da observação de como funciona um vírus. Esses microrga-nismos, que estão na fronteira entre entidades vivas e não-vivas, são constituídos de DNA ou RNA envolvido por uma cápsula protéica. Os vírus possuem material gênico, mas não são capazes de se reproduzirem. Assim, utilizam a maquinaria das células vivas (procariotos e eucariotos) para gerarem novos vírus. Um dos primeiros experimentos da engenharia genéti-ca foi o uso de bacteriófagos, vírus que parasi-tam em bactérias, como um “cavalo de Tróia”, para introduzir DNA de outros organismos em bactérias.

A engenharia genética depende da obtenção de fragmentos de DNA que contenham a infor-mação desejada para ser introduzida em orga-nismos de interesse. Nos primórdios da biolo-gia molecular, o DNA era fragmentado através de vibração produzida por ultra-som. O problema deste processo é que a fragmentação ocorria de for-ma aleatória. Isto somente foi resolvido em 1970, quando o Dr. Werner Ar-ber (Figura 13) descobriu que bactérias pro-

Figura 12 – Saccharomyces cerevisiae.

Apesar de a genética microbiana ter uma his-tória mais recente, em relação à genética de plantas e de animais superiores, ela já forneceu mais informações para a ciência da heredita-

Figura 13 – Dr. Werner Arber, desco-bridor das enzimas de restrição que permitiram o desenvolvimento da en-genharia genética.

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17duzem proteínas, denominadas enzimas de restrição, capazes de cortar o DNA em locais específicos. A partir dessa descoberta, a enge-nharia genética tornou-se realidade.

Essas enzimas surgiram como estratégia de defesa das bactérias contra os vírus através da fragmentação do DNA exógeno (vírus). Di-ferentes enzimas reconhecem, através da se-quência específica de nucleotídeos do DNA, e cortam diferentes sequências. As centenas de enzimas de restrição são as ferramentas de corte do DNA, que permitem que o engenhei-ro monte um novo gene. Os procedimentos de engenharia genética têm início com a pu-rificação de uma quantidade razoável de DNA relativamente puro (p.ex. 1 a 5µg). A arte da engenharia genética está nos cortes e nas liga-ções dos fragmentos de DNA na tentativa de montar o quebra-cabeça do gene modificado.

A Engenharia Genética foi o advento de maior impacto da Biologia Molecular. Atualmente é possível programar geneticamente os organis-mos, não apenas para superproduzir algum metabólito de interesse mas também para pro-duzir substâncias que são normalmente produ-zidas por outros organismos. Os microrganis-mos foram os primeiros a serem empregados como hospedeiros de informação genética de-vido à facilidade de manipulação. Em princípio, qualquer proteína pode ser produzida indus-trialmente por fermentação, desde que o gene que a codifica seja enxertado (ou, em outras palavras, clonado) em um determinado mi-crorganismo, passando a ser expresso por ele.

A relevância biotecnológica decorre do fato de que a síntese de proteínas estrangeiras pelos microrganismos gera uma redução de custos. Por exemplo, para produzir 5mg de somatos-tatina (hormônio de vertebrados), são neces-sários 500.000 cérebros de carneiro, enquanto pela bactéria E. coli com o gene de produção deste hormônio enxertado, o mesmo rendi-mento é obtido com 7,5Kg de células, de for-ma rápida e muito menos dispendiosa.

A transferência gênica consiste na introdução de segmentos de DNA em um organismo, mo-dificando suas características, segundo nossos interesses. Os engenheiros genéticos cortam e montam vários segmentos do DNA na cons-

trução do transgene, que é inserido no vetor (plasmídios, retrovírus e bacteriófagos), utili-zando enzimas de restrição.

Apesar dos desenvolvimentos nesta área, a transformação gênica apresenta algumas di-ficuldades, como ocorre com as plantas nas quais a cultura de tecidos tem sido apontada como um dos maiores obstáculos no desenvol-vimento das variedades transgênicas vegetais devido à necessidade de desenvolver protoco-los que permitam a regeneração de indivíduos a partir das células transformadas. As meto-dologias de regeneração funcionam bem com algumas espécies, mas não funcionam com outras. Nesses casos, têm-se recorrido à gené-tica clássica por meio de cruzamentos.

Através da transformação gênica, diversos re-sultados de impacto têm surgido como novos medicamentos e alimentos mais nutritivos. A produção de insulina humana por bactérias é um dos maiores sucessos comerciais da en-genharia genética. Na agricultura, a primeira variedade produzida pela engenharia genética foi o tomate “Flavr Savr”, lançado em 1984, contendo a copia reversa do gene da poliga-lactorunase, enzima responsável pela quebra da celulose. Com isso, os frutos apresentavam uma baixa produção dessa enzima e, ao ama-durecerem, não perdiam a consistência, uma vez que a parede celular se mantinha preser-vada. Muitas outras espécies vegetais também foram transformadas: algodão, arroz, batata, canola, eucalipto, feijão, fumo, girassol, ma-mão, milho, soja, sorgo, tomate, trigo, uva. As características normalmente introduzidas são resistência a herbicidas, resistência a pra-gas e doenças e qualidade nutricional.

A transformação gênica envolve a escolha de um doador com o gene desejável, a clonagem do gene e a escolha de um vetor. Além disso, a transformação possui três componentes prin-cipais: mecanismo para introdução do DNA exógeno na célula; tipo de célula ou tecido adequado para a transformação e métodos para identificação e seleção de células ou indi-víduos transformados. O sucesso da transfor-mação gênica depende da disponibilidade de tecnologias para atender a estes componen-tes. O melhoramento genético convencional, obtido, desde o século XIX, através de cruza-

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18mento e seleção de indivíduos, é limitado pe-las características presentes nos indivíduos das espécies sexualmente compatíveis. Feijão, rico em aminoácidos sulfurados e arroz, rico em li-sina, não podem ser cruzados para aumentar a quantidade de lisina ou de aminoácidos sulfu-rados, respectivamente, por se tratarem espé-cies sexualmente incompatíveis. A engenharia genética e a transformação gênica permitiram transpor essa barreira, permitindo intercam-biar genes entre bactérias, animais e plantas.

4. VangUaRDa Da BiotecnologiaA importância da biotecnologia cresce a cada dia, sendo impulsionada, principalmente, pe-los recentes conhecimentos de genômica e de bioinformática, pelo desenvolvimento de no-vas substâncias e estruturas moleculares e pelo desenvolvimento de ferramentas de análise e equipamentos avançados. A seguir, vamos fa-lar um pouco sobre as novidades que estão se tornando parte integrante da biotecnologia.

Uma das áreas de pesquisa que tem apresenta-do bastante evolução é a nanotecnologia, que está relacionada com a manipulação de mate-riais em escala nanométrica (10-9m). As bacté-rias, por exemplo, medem em torno de 1000nm, e os átomos são cerca de 10.000 menores que as bactérais. Em nível nanométrico, os átomos revelam características peculiares, podendo apresentar pronunciada tolerância à tempera-tura, sensibilidade a cores, reatividade química e condutividade elétrica diferenciadas, ou mes-mo, exibir força de intensidade extraordinária.

Essas características justificam o interesse in-dustrial pelos nanomateriais, que já são fa-bricados em larga escala, para utilização em cosméticos, tintas, revestimentos, tecidos, ca-talisadores ou para proporcionar maior resis-tência aos materiais. Vários campos tecnoló-gicos e científicos, como a física, a química, a engenharia e a biologia estão sendo revolucio-nados pela nanotecnologia que contribui para a criação de materiais funcionais, dispositivos e sistemas de controle em escala nanométrica, gerando novas aplicações. Muitos produtos ou serviços ainda estão na fase de nanociência, ou seja, na fase de geração de conhecimento, en-

quanto ainda não apresentam aplicação práti-ca, que corresponde à nanotecnologia. Como exemplo da importância da nanotecnologia, podemos citar o óxido de zinco e o dióxido de titânio, que são mais eficientes como bloque-adores solares, quando estão em dimensões nanométricas.

Várias estruturas nanométricas apresentam um claro potencial para a biotecnologia: nano-tubos, lipossomos, nanoesferas, dendrímeros, pontos de quantum (nanocristais) e nanopartí-culas superparamagnéticas.

A nanobiotecnologia apresenta um potencial para o desenvolvimento de produtos funcio-nais e novas técnicas de análises citológicas e genômicas. Biomoléculas complexas, como enzimas ligadas a nanotubos, estão sendo de-senvolvidas, visando ao aumento da estabilida-de. Esses nanotubos são considerados os ma-teriais mais resistentes e leves já produzidos. Na indústria alimentícia, foram desenvolvidos biopolímeros, que estão sendo aplicados na confecção de embalagens plásticas imperme-áveis a trocas gasosas, garantindo que os pro-dutos permaneçam frescos por mais tempo.

Alimentos funcionais, capazes de liberar seus nutrientes de forma mais eficiente, estão em fase de desenvolvimento. Através desses ali-mentos, seria possível que os alimentos ficas-sem latentes nos organismos, até que houvesse necessidade. Sistemas de liberação controlada ou gradativa têm sido alvo de pesquisa de vá-rios grupos, por apresentarem várias vanta-gens com relação aos sistemas tradicionais de liberação de fármacos. A agricultura está cer-cada por uma forte expectativa por produtos originados a partir da nanotecnologia.

Novos métodos de encapsularmento e libera-ção controlada devem revolucionar o uso de inseticidas e herbicidas. A estratégia de se-qüenciamento de genomas baseada em nano-tecnologia conhecida como Tecnologia 454, permite, em um único instrumento, produzir 20 milhões de nucleotídeos por corrida, uma capacidade 100 vezes maior que a de seqüen-ciadores baseados em capilares. As áreas de bioenergia (carvão e lenha) e de biocombus-tíveis (bioetanol e biodiesel) estão sendo bas-tante impulsionadas devido ao iminente esgo-

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19tamento das reservas de petróleo e devido à preocupação com a sustentabilidade. O uso do bioetanol como combustível teve início no final da década de 1970, perdeu prioridade nos anos 90, quando voltou a ser economica-mente mais viável o consumo de combustíveis fósseis, e está voltando a ocupar lugar de des-taque devido aos recentes aumentos no preço do petróleo e ao desenvolvimento da tecnolo-gia de motores bicombustíveis.

O biodiesel são ésteres obtidos pela transeste-rificação de ácidos graxos dos óleos vegetais ou gorduras animais, submetidos à ação de etanol e metanol.

Várias espécies vegetais produzem óleo, que pode ser esterificado para gerar biodiesel, com destaque para soja, pinhão-manso, mamona, dendê, girassol e algodão. Processos biotec-nológicos podem ser empregados, visando aumentar a produção de óleos vegetais e bio-diesel. As gorduras animais também podem ser esterificadas para produzir biodiesel, sendo esta uma importante fonte de matéria-prima, uma vez que o Brasil está entre os maiores pro-dutores mundiais de carne. Resíduos agrícolas, como cascas, palhas e bagaços de vegetais re-presentam importantes fontes de matéria-pri-ma para a geração de energia. Esses materiais podem ser utilizados na produção de etanol através de processos fermentativos que utili-zem celulose e lignina como substrato.

ReSUMoNeste capítulo, vimos que o homem já fa-zia uso da biotecnologia, mesmo antes de conhecê-la. A biotecnologia é uma área mul-tidisciplinar, que tem a biologia, a química e a engenharia como alicerce. A biotecnologia evoluiu de “empírica”, quando o homem não tinha idéia dos princípios dos fenômenos en-volvidos nos processos, para a “biotecnologia clássica”, de Mendel e, em seguida, para a “biotecnologia moderna” de Berg. A diferença entre estas duas últimas é o uso da técnica do DNA recombinante por meio da biotecnologia moderna. Através dessa tecnologia, é possível compartilhar características genéticas de seres vivos dos reinos animal e vegetal. Essas trocas genéticas entre animais e plantas não ocorrem

naturalmente, sendo possível somente através da intervenção humana. Encerramos o capítu-lo discutindo, brevemente, sobre desenvolvi-mentos recentes na biotecnologia.

eXeRcÍcioS

1. Pesquise em livros e na Internet e apresen-te uma definição para biotecnologia.

2. Cite exemplos de produtos obtidos via pro-cessos da biotecnologia clássica e da bio-tecnologia moderna.

3. Pesquise produtos alimentícios transgêni-cos encontrados nos supermercados.

4. Pesquise nos livros e na Internet, sobre a importância da biotecnologia na biorreme-diação. Procure pelo uso de microrganismos geneticamente modificados como agentes da biorremediação de áreas impactadas.

5. Pesquise um produto biotecnológico e su-gira modificações gené-ticas que poderiam levar a um aumento da qualidade desse produto, beneficiando a população.

gloSSáRioÁcido nucléico - cadeia ordenada de nucleo-tídeos, que podem ser de dois tipos: DNA ou RNA. Tais moléculas receberam essas denomi-nações, porque foram originalmente encon-tradas no núcleo das células.

Aminoácido - uma das 20 diferentes moléculas que se combinam para formar as proteínas. A sequência de aminoácidos em uma proteína determina sua estrutura e função.

Biorremediação - refere-se ao uso de agentes biológicos para transformar uma substância poluente em outra menos poluente ou não poluente.

DNA-recombinante - molécula artificial consti-tuída da agregação de segmentos naturais ou sintéticos de DNA.

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20Gene - unidade física e funcional da heredi-tariedade, representada por um segmento de DNA, que codifica uma proteína funcional ou uma molécula de RNA.

Organismo Geneticamente Modificado (OGM) - qualquer organismo (entidade biológica do-tada de capacidade reprodutora ou de transfe-rência de material genético), com exceção do ser humano, cujo material genético tenha sido modificado de uma forma que não ocorre na-turalmente por meio de cruzamentos e/ou de recombinação natural.

PCR - Reação em cadeia da polimerase (em in-glês Polymerase Chain Reaction - PCR) é um método de amplificação (de criação de múlti-plas cópias) de DNA (ácido desoxirribo-nuclei-co) sem o uso de um organismo vivo.

Retrovírus - Cada um de um grande grupo de vírus RNA no qual estão incluídos os leucovírus e os lentivírus.

ReFeRÊnciaS

BORÉM, A. e SANTOS, F. R. dos, Entendendo a Biotecnologia – Viçosa, MG, 2008.

SCHMIDELL, W., LIMA, U. A., AQUARONE, E. & BORZANI, W. Biotecnologia Industrial - Vol. 1, São Paulo – SP, 2001.

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BioSSegURanÇa e BioÉtica

Prof. Irapuan Oliveira Pinheiro Carga horária I 12H

oBJetiVoS eSPecÍFicoS

• Apresentaraevoluçãohistóricaeoscon-ceitos básicos de biossegurança e bioética;

• Discutirsobreaelaboraçãodemapasderisco.

intRoDUÇÃo

Neste capítulo, vamos discutir sobre biosse-gurança e bioética, como surgiu a preocu-pação com estes assuntos, quais os fatos mais relevantes relacionados à evolução, os agentes biológicos, as barreiras de conten-ção, a construção de mapas de risco, dentre outros. Independente do local de trabalho, seja ele um laboratório ou uma indústria, sempre deve haver uma preocupação com a biossegurança e com as questões éticas relacionadas às atividades realizadas, sejam elas de ensino e pesquisa ou comerciais. No ambiente acadêmico, os estudantes somente deveriam iniciar suas atividades em laborató-rios após a conclusão de uma disciplina que abordasse biossegurança e bioética. Através da biossegurança, deseja-se minimizar os ris-cos decorrentes das atividades de base bio-lógica. A bioética procura discutir, à luz dos conhecimentos adquiridos em diversas áre-as, questões relativas aos conceitos morais e ao estabelecimento de padrões de conduta socialmente aceitos, voltados aos fatos e fe-nômenos biológicos sujeitos à ação humana.

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1. HiStóRia Da BioSSegURanÇaA relação entre as doenças e o trabalho encon-tra registro, até mesmo, nos papiros egípcios, tendo sido tema de debate entre os pensado-res da Grécia antiga, embora nunca tenham sido bem registrados. Com a revolução indus-trial (séculos XVIII e XIX), os problemas de saú-de de origem ocupacional se agravaram, e os empregadores contratavam médicos (primei-ros sinais de medicina do trabalho), visando atuar no sentido de reduzir as possibilidades de associação entre o trabalho e a morbidade operária. Devido às necessidades de aumento de produção do pós-guerra, ficou claro que a medicina do trabalho não seria capaz de re-solver os problemas de saúde causados pelo trabalho que já estavam encarecendo os pro-cessos produtivos.

Assim, outros campos disciplinares, como a engenharia, aumentaram o grupo de agen-tes que visavam compreender as relações en-tre saúde e trabalho, mantendo ainda dentro de uma esfera técnica. Essa nova abordagem, baseada na busca dos determinantes físicos, químicos e mecânicos, costuma ser chamada de saúde ocupacional. Continuava a existir a necessidade de produzir a culpabilidade na ge-ração de doenças, mas agora com a incorpora-ção dos preceitos tecnológicos e organizacio-nais das revoluções industriais. A descoberta dos agentes microbianos gerou uma grande modificação da correlação entre causa e efei-to. Passou a existir uma busca por riscos (situ-ação de perigo) no ambiente físico. Enquanto ainda não havia uma consolidação da necessi-dade de se conhecerem os riscos, registros de aumento das mortes relacionados à presença de estudantes de medicina na enfermaria dos hospitais, por exemplo, passavam despercebi-dos. A descoberta da relação de causalidade entre agentes microbianos e as doenças levou, por exemplo, à introdução de técnicas assép-ticas na sala de cirurgia. Ao mesmo tempo, passou-se a observar, nos ambientes labora-toriais, a incidência de doença com clara liga-ção ocupacional. Foi nos EUA que surgiram as primeiras diretrizes de biossegurança com a elaboração das Normas de Segurança Labora-torial. Essas normas foram logo aceitas na Eu-ropa, em países, como Inglaterra e Alemanha, sendo, gradativamente empregadas.

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Para ler mais sobre biossegurança e bioética visite http://www.biosseguranca.com/home.htm

A comunidade científica, as empresas e o go-verno brasileiro só começaram recentemente a intervir no debate sobre regulamentação da biossegurança, caracterizando um atraso que já alcança 20 anos de experiência internacio-nal. De certa forma, temos em nosso favor a possibilidade de aproveitar a experiência de outros países, uma vez que houve uma gran-de evolução do conhe-cimento científico e das práticas de controle de riscos biológicos nos últimos anos. Podemos acelerar etapas e evi-tar erros cometidos. O Brasil e os demais pa-íses em desenvolvimento, não podem deixar de ter regras de controle nessa área, uma vez que isso faria com que fossem deslocadas para os nossos territórios atividades proibidas ou que envolvam altos riscos. O Brasil possui, de um modo geral, um sistema científico e tec-nológico frágil. Apesar das “ilhas de excelên-cia” ou de “prosperidade”, encontradas em poucas instituições brasileiras, que produzem trabalhos reconhecidos em ciência básica, em áreas da biologia, raramente esse potencial se transforma em inovação tecnológica, ao con-trário de países como os EUA. Dificilmente os resultados das pesquisas são transferidos para o setor produtivo. Isso implica continuarmos com uma participação secundária na dinâmica global da biotecnologia, centrada no hemisfé-rio Norte. O Brasil praticamente não tem in-dústrias investindo em biotecnologia, mas tem fortes empresas multinacionais que vêm incor-porando avanços tecnológicos nessa área, mas que também pouco investem em biotecnolo-gia no Brasil.

O Brasil também oferece um mercado media-no no que se refere ao poder de consumo das novas informações geradas. Tendo em vista a pequena importância no cenário global de inovação em biotecnologia e a pouca possibi-lidade de intervir nas políticas de investimento em pesquisa e desenvolvimento (P&D) biotec-nológico das empresas aqui instaladas, con-clui-se que não podemos copiar as normas de países avançados. Ao invés disso, temos que adaptá-las, tentando evitar as normas funda-mentadas em preceitos políticos e ideológicos,

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23que são particulares de cada país. Há uma ten-dência entre os especialistas de super-regular as atividades. Isto pode sacramentar o Brasil como um mero consumidor das inovações ge-radas em outros países e pode custar caro em termos de royalties, uma vez que estaremos sujeitos às novas regras da OMC – Organiza-ção Mundial do Comércio relativas aos direitos de propriedade intelectual das invenções. De-vemos conhecer o que está sendo adotado em países ricos, para tomar as medidas adequadas ao nosso cenário. Países atrasados na regula-mentação da biotecnologia, como o Brasil, têm como principal orientação acelerar etapas pelas quais passaram os países desenvolvidos, por exemplo, a introdução de procedimentos administrativos ágeis para a avaliação de ris-co e tramitação de pedidos de autorização de experiências ou atividades comprovadamente perigosas, com as devidas medidas de controle.

2. BioSSegURanÇaSegundo Zigman Brener, biossegurança é a

“Segurança no manejo de produtos e técnicas bio-lógicas”. A Comissão de Biossegurança da Fundação Oswaldo Cruz define biossegurança como o “Conjun-to de ações voltadas para a prevenção, minimização ou eliminação de riscos inerentes às atividades de pesquisa, produção, ensino, desenvolvimento tec-nológico e prestação de serviços, riscos que podem comprometer a saúde do homem, dos animais, do meio ambiente ou a qualidade dos trabalhos desen-volvidos”.

Uma das maiores preocupações ligadas à bios-segurança (Figura 1) é a conscientização dos profissionais em relação aos riscos aos quais estão expostos, visando fazer com que adotem procedimentos de segurança em seus laborató-rios, ao lidarem com agentes microbiológicos. As características peculiares desses agentes que mais se destacam são: a patogenicidade, a virulência, a capacidade mutagênica. Os riscos biológicos são fruto ou consequência da ativi-dade humana. Eliminá-los, por completo, só eliminando a própria atividade humana. Todos os profissionais que irão trabalhar com agen-tes biológicos, patogênicos ou não, devem co-nhecer profundamente o agente em questão. Nos microrganismos não-patogênicos, podem ocorrer transformações através de processos

Figura 1 – Símbolo de biossegurança.

físicos ou químicos, levando a uma alteração ou a uma adaptação com características infec-tantes e altamente patogênicas para o homem e para os animais. Há, frequentemente, expo-sição desnecessária a agentes etiológicos pelo desconhecimento sobre sua patogenicidade e virulência, acarretando uma desnecessária si-tuação de risco.

Os agentes biológicos apresentam um risco real ou potencial para o homem e para o meio ambiente, devendo ser montada uma estrutu-ra para prevenção aos riscos. Os agentes bio-lógicos foram divididos em quatro (4) grupos quanto ao grau de risco em que são considera-dos os seguintes critérios: risco patogênico, vi-rulência para o homem, modo de transmissão, endemicidade e existência ou não e profilaxia e de terapêutica eficazes.

Biossegurança ou segurança biológica refere-se à aplicação do conhecimento, técnicas e equi-pamentos, com a finalidade de prevenir a expo-sição do trabalhador, do laboratório e do am-biente a agentes potencialmente infecciosos ou biorriscos. Ou seja, através da biossegurança, são definidas as condições seguras de manipu-lação. Os mecanismos de contenção dos riscos são basicamente três:

• Técnicas e boas práticas de operação –barreira primária;

• Equipamentosdesegurança–barreirapri-mária;

• Designdolaboratório–barreirasecundária.

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Leia mais sobre EPI’s em http://pt.wikipedia.org/wiki/Equipamento_de_prote%C3%A7%C3%A3o_individual.

A barreira ou mecanismo de contenção primá-ria visa à proteção da equipe de laboratório e do ambiente de trabalho, sendo proporciona-da por boas técnicas de microbiologia e uso de equipamentos adequados. Já a barreira de contenção secundária tem como objetivo a proteção do meio ambiente externo ao labo-ratório contra a exposição aos materiais infec-ciosos, estando fundamentada no projeto das instalações e das práticas operacionais.

A implementação de técnicas e boas práticas de laboratório requer que o trabalhador seja constantemente treinado e atualizado, que seja implantado um manual de biossegurança para o laboratório ou local de trabalho e que sejam identificados riscos e definidos procedi-mentos para minimizá-los. Os equipamentos, que correspondem à barreira primária de con-tenção, são os EPIs – Equipamentos de Prote-ção Individual e os EPCs – Equipamentos de Proteção Coletiva. Como exemplos de EPIs, têm-se luvas, aventais, gorros, respiradores, escudo ou protetor facial, óculos de proteção, proteção para sapatos, máscaras faciais, den-tre outros. E, como exemplos de EPCs, têm-se as cabines para laboratório classes I, II e III.

A cabine de classe I é uma modificação da ca-pela de laboratório químico. Ela é ventilada com fluxo de ar do ambiente, podendo ter a frente totalmente aberta ou com painel frontal ou painel frontal fechado com luvas de borra-cha, possui duto de exaustão com filtro HEPA, não havendo proteção para o experimento, so-mente para o operador e para o meio ambien-te, contem lâmpadas U.V.. Esse tipo de cabine é recomendado para trabalho com agentes de risco biológico dos grupos 1, 2 e 3.

A cabine classe II é conhecida como Cabine de Segurança Biológica de Fluxo Laminar de Ar. Essa cabine fornece proteção ao operador, ao meio ambiente e ao experimento ou produto e possui uma abertura frontal que permite o acesso à superfície de trabalho. A altura de segurança da abertura do painel frontal é de

20cm, podendo ter um alarme que previne contra a abertura excessiva do painel, possui filtro HEPA.

A cabine de classe III, ou Cabine de Conten-ção Máxima, é totalmente fechada, possui ventilação própria, é construída em aço inox à prova de escape de ar e opera com pressão negativa. Além disso, possui luvas de borracha presas à cabine, e o ar contaminado é purifi-cado através de 2 filtros HEPA em série ou um filtro HEPA e um incinerador. A introdução e a retirada de materiais devem ser efetuas por meio de autoclaves de porta dupla ou com-porta de ar de porta dupla e possui recipiente de imersão com desinfetante. Não é adequada para lidar com substâncias gasosas. Os dejetos líquidos são recolhidos em um depósito para serem descontaminados, antes de serem lan-çados ao sistema de esgoto. Este tipo de cabi-ne apresenta máxima proteção ao pessoal, ao meio ambiente e ao produto.

O design do laboratório representa uma bar-reira física capaz de proteger o trabalhador dentro do laboratório, dar confiabilidade aos experimentos e dar proteção ao meio ambien-te. A estrutura dependerá dos tipos de agentes que serão manipulados e do nível de seguran-ça desejado que pode ser I, II, III e IV. Também depende dos tipos de operações realizadas e das vias de contaminação documentadas para os organismos que serão manipulados.

Nos laboratórios com Nível de Segurança I, os equipamentos e o projeto são adequados para ensino secundário ou treinamento de técnicos e professores em técnicas laboratoriais, per-mitindo trabalhar com cepas conhecidas, por

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25não causarem doenças em homens adultos e sadios, devendo-se, no entanto, reservar aten-ção para patógenos oportunos. Este tipo de laboratório apresenta um nível básico de con-tenção, sem indicação de barreiras primárias ou secundárias, com exceção de uma pia para higienização das mãos.

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Leia mais sobre contenção de agentes biológicos e níveis cruz.br/biosseguranca/Bis/manuais/contencao-comagentesbiologicos.pdf

O Nível de Biossegurança II (NB II) é caracte-rizado por equipamentos e projetos adequa-dos para laboratórios de escolas e outros lo-cais onde se trabalha com agentes nativos de risco moderado presentes na comunidade e associados à patologia humana de gravida-de moderada. Este nível de biossegurança é adequado para qualquer trabalho que envol-va líquidos corpóreos, tecidos. É importante consultar o livro padrão de patógenos trans-mitidos pelo sangue. Como perigos primários, merecem destaque os cuidados com agulhas e instrumentos cortantes. Deve-se fazer uso de proteção facial, aventais e luvas. Nesse nível de biossegurança, exige-se o uso de barreiras de contenção secundária como pias para hi-gienização, instalações para descontaminação do lixo para reduzir a contaminação do meio ambiente;

No Nível de Biossegurança III (NB III), os equi-pamentos e o projeto atendem laboratórios clínicos, de diagnósticos, laboratório escola,

de pesquisa e de produção. Este nível de bios-segurança é adequado para qualquer trabalho com agentes nativos ou exóticos com poten-cial de transmissão via respiratória e que po-dem causar infecções sérias e potencialmente fatais. Os riscos primários são a auto-inocu-lação, a ingestão e a exposição aos aerossóis infecciosos. É essencial o uso das barreiras pri-márias e secundárias para proteger os funcio-nários, a comunidade e o meio ambiente. As barreiras secundárias incluem acesso controla-do ao laboratório, sistema de ventilação, para minimizar liberação de aerossóis infecciosos do laboratório.

No Nível de Biossegurança IV (NB IV), os equi-pamentos e o projeto dos laboratórios são adequados para lidar com agentes exóticos perigosos que representam alto risco, por pro-vocarem doenças fatais em indivíduos. Esses agentes podem ser transmitidos via aerossóis, não havendo, até o momento, vacina ou tera-pia disponível. Os riscos primários são a expo-sição aos aerossóis infecciosos, exposição da membrana mucosa e/ou da pele lesionada às gotículas e à auto-inoculação. Deve-se utilizar cabines de segurança biológica classe III, ou macacão individual suprido com pressão de ar positiva (Figura 2). Geralmente são construídos em um prédio separado ou em uma zona com-pletamente isolada com uma complexa e espe-cializada ventilação. Deve haver um sistema de gerenciamento de lixo que evite a liberação de agentes viáveis no meio ambiente. O diretor do laboratório é, primária e especificamente, res-ponsável pela operação segura do laboratório.

Figura 2 – Fotos de trabalhadores utilizando macacões individuais com pressão de ar positiva em laboratórios com Nível de Biossegurança IV (NB IV).

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26A Tabela 1 apresenta um resumo dos níveis de biossegurança recomendados para cada classe de agente.

Tabela 1 – Resumo dos níveis de Biossegurança recomendados para os agentes infecciosos classificados em I, II, III e IV

NB AGENTES PRÁTICAS EQUIPAMENTO DE SEGURANÇA

(Barreiras Primárias)

INSTALAÇÕES(Barreiras Secundárias)

1Que não são conhecidos por causar doenças em adultos sadios.

Práticas Padrões de micro-biologia

Não são necessários Bancadas abertas com pias próximas.

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Associados com doenças humanas, risco = lesão percutânea, ingestão, exposição da membrana mucosa.

Prática de NB-1 mais:• Acessolimitado• Avisos deRiscoBioló-

gico• Precauções comobje-

tos perfurocortantes• Manual de Biosse-

gurança que defina qualquer descontami-nação de dejetos ou normas de vigilância médica.

Barreiras Primárias = Ca-bines de Classe I e II ou outros dispositivos de contenção física usados para todas as manipu-lações de agentes que provoquem aerossóis ou vazamento de materiais infecciosos; Procedimen-tos Especiais como o uso de aventais, luvas, prote-ção para o rosto como necessário.

NB-1 mais: Autoclave disponível

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Agentes exóticos com potencial para transmis-são via aerosol; a doença pode ter consequências sérias ou até fatais.

Práticas de NB-2 mais:• Acessocontrolado• Descontaminação de

todo o lixo• Descontaminação da

roupa usada no lab. antes de ser lavada.

• Amostrasorológica

Barreiras Primárias = Ca-bines de Classe I e II ou outros dispositivos de contenção usados para todas as manipulações abertas de agentes; Uso de aventais, luvas, prote-ção respiratória quando necessária.

NB-2 mais:• Separação física

dos corredores de acesso.

• Portas de acessodupla com fecha-mento automático.

• Ardeexaustãonãorecirculante.

• Fluxodearnegati-vo dentro do labo-ratório.

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Agentes exóticos ou pe-rigosos que impõem um alto risco de doenças que ameaçam a vida, infecções laboratoriais transmitidas via aerosol; ou relacionadas a agen-tes com risco desconhe-cido de transmissão.

NB-3 mais:• Mudança de roupa

antes de entrar.• Banho de ducha na

saída• Todomaterialdescon-

taminado na saída das instalações.

Barreiras Primárias = To-dos os procedimentos conduzidos em cabines de Classe I ou II junta-mente com macacão de pressão positiva com su-primento de ar.

NB-3 mais:• Edifício separado

ou área isolada.• Sistemas de abas-

tecimento e esca-pe, a vácuo, e de descontaminação.

• Outrosrequisitossu-blinhados no texto.

2.1 MaPa De RiSco

O Mapa de Risco é uma representação gráfica de todos os fatores presentes no ambiente de trabalho, de ensino ou de pesquisa, capazes de acarretar prejuízos à saúde dos trabalha-dores: acidentes e doenças de trabalho. Esses fatores surgem a partir dos diversos elementos do processo de trabalho (materiais, equipa-mentos, instalações, suprimentos e espaços de

trabalho) e da forma de organização do tra-balho (arranjo físico, ritmo de trabalho, méto-do de trabalho, postura de trabalho, jornada de trabalho, turnos de trabalho, treinamento, etc.). O Mapa de Risco é construído, tendo como base a planta baixa ou esboço do local de trabalho, e os riscos serão definidos pelos diâmetros dos círculos. Quanto maior o círcu-lo, maior o risco (Figura 3).

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Administração CPD Almoxarifado BWC

Jardim

RefeitórioLinha de montagem

Tomearia e soldagem Depósito Cozinha Dispensa

Figura 3 – Exemplo de um Mapa de Risco.

O mapa de risco se fundamenta na participa-ção dos trabalhadores, nas ações de planeja-mento e no controle da saúde nos locais de trabalho, não delegando essas funções aos técnicos, valorizando a experiência e o conhe-cimento operário existente.

O mapa de risco teve início no Modelo Ope-rário Italiano, fruto do Movimento Sindical Italiano, no final da década de 60, criado por trabalhadores de indústrias do ramo metal mecânico, com o objetivo de auxiliá-los na in-vestigação e controle de ambientes de traba-lho. A história da utilização de mapas de risco no Brasil teve início da década de 80, e existem duas versões para seu surgimento. A primeira atribui tal feito às áreas sindical e acadêmica, e a segunda versão atribui à Fundação Jorge Duplat Figueiredo de Segurança e Medicina do Trabalho (Fundacentro) a difusão do mapa de risco no país.

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Visite o site http://www.btu.unesp.br/cipa/mapade-risco.htm - para ler mais sobre Mapas de risco.

Através da portaria nº 5, de 17/08/92, do De-partamento Nacional de Segurança e Saúde do Trabalhador do Ministério do Trabalho, tornou-se obrigatória, para todas as empresas do país que tenham CIPA (Comissão Interna de Prevenção de Acidentes), a elaboração de ma-pas de risco. De acordo com a legislação bra-sileira, o mapa de risco é de obrigação da CIPA,

que deve desenvolver atividades que possibili-tem a participação de todos os trabalhadores da empresa, de forma a diagnosticar as condi-ções de trabalho e sugerir melhorias.

Os principais objetivos da elaboração de um Mapa de Risco são:

• Prevençãoderiscosnointeriordaempresa; • Identificação de fatores de risco nocivos

presentes na empresa; • Conhecimentodonúmerodetrabalhado-

res que estão expostos a diferentes riscos em função dos horários e turnos;

• Obtençãodeumaplantabaixacomcírcu-

los coloridos representativos de riscos en-contrados x processo educativo e organi-zativo do trabalho, em que todos tomem conhecimento do trabalho e riscos aos quais seus colegas estão expostos.

O roteiro para a elaboração do Mapa de Risco requer o levantamento e a sistematização do processo de produção e o preenchimento dos documentos da NR-5. Através do levantamen-to e da sistematização do processo de produ-ção, são gerados dados sobre o processo de trabalho e são coletadas informações sobre equipamentos, instalações, materiais utiliza-dos, produtos e resíduos gerados, equipes de trabalho, atividades dos trabalhadores e riscos identificados.

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28Para gerar dados sobre o processo de trabalho, constrói-se um fluxograma de produção, que é a representação gráfica das rotinas de trabalho e execução de serviços. Além disso, deve-se rea-lizar a descrição dos equipamentos e instalações com destaque para os dispositivos de seguran-ça, estado de conservação, energia utilizada etc. A descrição dos produtos, materiais e resíduos deve levar em conta a toxicidade, as condições de estocagem e a quantidade consumida. É importante fazer a descrição das atividades e das tarefas executadas por cada trabalhador, frequência na realização, níveis de atenção e responsabilidade envolvidos na atividade e jor-nada e turnos de trabalho. Deve-se, também, tentar obter uma correlação entre grupos de risco, fontes, sintomas, doenças do trabalho e acidentes, ou seja, uma síntese das condições de trabalho do processo de produção.

O preenchimento dos documentos da NR-5 está associado à representação gráfica do leiaute (layout) do local de trabalho, indicando através de círculos, os grupos de risco (cores padronizadas), o número de trabalhadores ex-postos ao risco (anotado dentro do círculo), gravidade do risco. Quando houver, em um mesmo local, riscos diferentes com a mesma

gravidade, a representação pode ser feita uti-lizando um único círculo, dividindo-o em se-tores com as cores correspondentes. Quando existirem várias fontes geradoras de um mesmo agente de risco, e o seu efeito abranger todo o local de trabalho, cada fonte será identifi-cada por um círculo colocado na margem do mapa (vapores, gases, ruídos que se espalham por toda a área de trabalho). Se o risco não é material, de difícil identificação espacial (ar-ranjo físico inadequado), coloca-se, também, um círculo na margem do mapa de risco, que tem o papel de uma ferramenta de integração entre empresas com atividades semelhantes.

O mapa de risco é um instrumento técnico que permite estudar e propor medidas de melho-rias de condições de trabalho, mas o seu al-cance é limitado, pois não consegue resolver todos os problemas encontrados dentro de uma empresa, mas alerta o trabalhador para a promoção da sua saúde. As Tabelas 2 e 3, a seguir, apresentam as simbologias (círculos com diferentes diâmetros e cores), utilizadas para representar os diferentes tipos de riscos e os principais agentes causadores em cada um dos grupos.

Tabela 2 – Simbologia de cores utilizada em um mapa de risco para representar os diferentes tipos de risco

vermelho azul

Simbologia das CoresNo mapa de risco, os riscos são re-presentados e indicados por círculos coloridos de três tamanhos diferen-tes, a saber:

Risco Químico Leve

Risco Mecânico Leve

Risco Químico Médio

Risco Mecânico Médio

Risco Químico Elevado

Risco Mecânico Elevado

Risco Biológico Leve

Risco Ergonômico Leve

Risco Físico Leve

Risco Biológico Médio

Risco Ergonômico Médio

Risco Físico Médio

Risco Biológico Elevado

Risco Ergonômico Elevado

Risco Físico Elevado

marrom amarelo verde

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Tabela 3 – Tipos de risco e agentes causadores.Tipo de Risco Químico Físico Biológico Ergonômico Mecânico

Cor vermelho verde marrom amarelo azul

AgentesCausadores

Fumos metálicose vapores

Ruído ou sommuito alto

Microorganismos (vírus, bactérias,

protozoários)

Má postura do corpo em

relação ao posto de trabalho

Equipamentos inadequados,defeituosos ou

inexistentes

Gases asfixiantes

H, He, N e CO2

Oscilações e vibrações mecânicas

Lixo hospitalar, doméstico

e de animais

Trabalho estafante

e ou excessivo

Máquinas e equipamento

sem Proteção e ou manutenção

Pinturas e névoas em

geral

Ar rarefeito e ou vácuo

Esgoto, sujeira, dejetos

Falta de orientação

e treinamento

Risco de queda do nível, lesões por

impacto de objetos

Solventes (em especial os

voláteis)

Pressões eleva-das

Objetos contaminados

Falta de orientação

e treinamento

Mau planejamento do layout e ou do espaço

físico

Ácidos, bases, sais álcoois,

éters etc

Frio e ou calor Contágio pelo are ou insetos

Falta de orientação

e treinamento

Cargas e transportesem geral

Reaçõe químicas

Radiação Picadas de animais (cães,

insetos, repteis, roedores,

aracnídeos etc)

Falta de orientação

e treinamento

Risco de fogo, detonação de

explosivos, quedas de objetos

Ingestão de produtos durante

pipetagem

Aerodispersóides no ambiente (poeiras de vegetais e minerais)

Alergias, intoxica-ções e queimadu-

ras causadaspor vegetais

Fatores psicológicos

(não gosta do trabalho, pres-

são do chefe etc)

Risco de choque elétrico (corrente

contínua e alternada)

2.2 SegURanÇa QUÍMica eM Biotecnologia

Segundo historiadores, os responsáveis pelo processo de mumificação utilizavam, durante suas atividades, meios de proteção para o rosto e para as mãos, o que poderíamos considerar como os ancestrais dos EPI’s (Equipamentos de Proteção Individual). Ou seja, a preocupação com substâncias químicas remonta ao tempo do Egito antigo. Os romanos conheciam a to-xicidade de substâncias, como o enxofre e o chumbo. Assim, apenas os escravos, “cujas vi-das não tinham valor”, eram designados para as atividades de extração desses materiais.

SaiBa MaiS

No site: http://web.educom.pt/~pr1258/7ano/a6seguranca_7ano.htm você encontrará mais informações sobre segurança no laboratório de química.

Alguns problemas chamam a atenção, quando se refere à segurança química em biotecnologia:

Acidentes que acontecem com frequência por falta de cuidados com a biossegurança:

a. Pipetagem com a boca;b. Queimadura química;c. Derramamento;d. Incêndios;e. Explosões.

Problemas relativos à armazenagem:

a. Falta de preocupação com incompatibilida-des químicas;

b. Armazenagem dentro do laboratório;c. Estocagem de inflamáveis.

Problemas relativos à rotulagem:

a. Rotulagem incorreta das soluções;b. Não ler o rótulo antes do uso.

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30Problemas relativos ao descarte:

a. Na pia com torneira aberta x diretamente na pia;

b. Alguns produtos devem ser neutralizados, armazenados em recipientes especiais e enterrados em local apropriado.

Alguns fatores podem contribuir para aciden-tes químicos em ambientes biotecnológicos:

• Instruçãoinadequada;• Supervisãoinsuficienteouinapta;• Nãoobservânciadasnormas;• Processosdetrabalhoincorretos;• Ausênciadecontroledequalidadedepro-

cessos;• Manutençãoinadequada;• Leiaute(layout)inadequado;• Higienepessoalinadequada;• Jornadaexcessivadetrabalho.

SaiBa MaiS

A CTNBio – Comissão Técnica Nacional de Biosse-gurança é uma instância colegiada multidisciplinar, criada com a finalidade de prestar apoio técnico con-sultivo e de assessoramento ao Governo Federal na formulação, atualização e implementação da Políti-ca Nacional de Biossegurança relativa à OGM bem como no estabelecimento de normas técnicas de se-gurança e pareceres técnicos conclusivos referentes à proteção da saúde humana, dos organismos vivos e do meio ambiente, para atividades que envolvam a construção, experimentação, cultivo, manipula-ção, transporte, comercialização, consumo, armaze-namento, liberação e descarte de OGM e derivados (www.ctnbio.gov.br).

2.3 BioSSegURanÇa e a aRQUitetURa

O planejamento de edificações para fins labo-ratoriais e de pesquisa deve garantir a confia-bilidade dos trabalhos e a proteção da saúde humana e do meio ambiente. O planejamento deve envolver pesquisadores, técnicos de labo-ratório, arquitetos e engenheiros para garantir a construção de um ambiente dentro das con-dições de segurança espaciais e ambientais. Assim, levantamentos das condições de segu-rança devem ser realizados em relação:

• àlocalizaçãodaedificação;• aodimensionamentodosespaçosinternos;

• aoscritériosdesuaorganizaçãoespacialefuncional.

Localização da edificaçãoPara realizar a escolha da local de implantação de instalações laboratoriais, deve-se tomar cui-dado com:

• atopografiadoterreno;• apossibilidadedeinundações;• apossibilidadededeslocamentode terra

causada por poluições;• ainsolação;• oslocaisdeacessos;• infra-estrutura;• asfontesderuídoevibrações

DimensionamentoUma projeção realista das necessidades espa-ciais de um laboratório é uma atividade difícil devido à automação, serviços em expansão e procedimentos em manutenção. Deve-se ob-servar que:

• Medidasbaseadasemrelaçõesarbitráriasde m2 por laboratório ou em número de exames realizados podem não ser seguras;

• Laboratóriosprojetadoscombaseemne-cessidades momentâneas, tornam-se obso-letos ainda na fase de desenvolvimento do projeto ou na fase de construção da obra;

• Deve-se fazer projeções com 10 ou 20anos de prazo de vida útil; projeções de 5 anos podem ser adotadas para reformas.

O ideal é que as insuficiências apareçam somen-te no período final da vida útil do laboratório.

Organização espacial e funcionalDeve-se usar um diagrama de fluxo para ajudar na visualização da sequência de movimenta-ção exigida num processo de trabalho. A orga-nização funcional e espacial deve considerar a facilitação do processo, sem esquecer a segu-rança. Atividades de risco exigem a adoção de uma disposição espacial que gere o isolamento e a aplicação das barreiras físicas de controle.

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31SaiBa MaiS

Leia mais sobre Biotecnologia e Bioética em http://bioetica-- e - b i o t e c n o -logia.wik idot.com/transgeni-cos-problema--ou-solucao.

2.4 BioÉtica na Biotecnologia

O que é bioética: ciência, estudo, conjunto de normas ou ramo da filosofia? A ética envolve questões morais e o estabelecimento de con-dutas socialmente adequadas. Desse modo, a ética é vista sob formas diferentes em países com diversas culturas, além de sofrer modifi-cações ao longo do tempo. A bioética é a ética aplicada aos fatos ou fenômenos biológicos. Alguns temas tratados pela bioética, ligados à vida ou à morte, estão em evidência nos dias atuais, como: fertilização in vitro, seleção ge-nética pré-natal, clonagem, bancos de sêmen, manipulação, terapia gênica, eutanásia, manu-tenção prolongada da vida vegetativa etc. Os temas que nos interessam são aqueles ligados à biotecnologia. Existe uma grande demanda por profissionais da área de bioética impulsio-nada pelo grande número de pesquisas em ge-noma humano, animal e vegetal.

A seguir são apresentadas algumas definições de Bioética obtidas da Internet:

• Bioética é o estudo interdisciplinar entrebiologia, medicina e filosofia (dessa, espe-cialmente as disciplinas da ética, da moral e da metafísica), que investiga todas as con-dições necessárias para uma administração responsável da vida humana (em geral) e da pessoa (em particular). Considera, por-tanto, a responsabilidade moral de cientis-tas em suas pesquisas, bem como de suas aplicações (pt.wikipedia.org/wiki/Bioética).

• Um conjunto de normas propostas emconsequência de importantes avanços nas ciências biológicas, visando garantir a so-

brevivência humana e a qualidade de vida. (www.octopus.furg.br/cibio/gloss.htm).

• ABioética éumadisciplina relativamente

nova no campo da filosofia, que surgiu em função da necessidade de se discutirem mo-ralmente os efeitos resultantes do avanço tecnológico das ciências da área da saúde, bem como aspectos tradicionais da rela-ção de profissionais desta área e pacientes (http://www.ufrgs.br/bioetica/aids.htm).

• ABioéticaéumramodafilosofia,maises-

pecificamente da ética aplicada e pode ser definida como “o estudo sistemático das dimensões morais, incluindo uma visão moral, decisões, condutas e políticas das ciências da vida e cuidados da saúde, em-pregando uma variedade de metodologias éticas em um ambiente multidisciplinar” (http://br.answers.yahoo.com/ question/index?qid=20071031112728AALuPsv).

• A Bioética, atualmente, é considerada

como sendo a Ética Aplicada às questões da saúde e da pesquisa em seres humanos, ou seja, é ética da vida (http://www.ufrgs.br /bioetica/biosubj.htm).

• Bioética:bíos(vida)éthos(costume,com-portamento, ética) - de vida e ética é um neologismo (palavra ou expressão nova numa língua) que, significa ética da vida, adequação da realidade da vida com a da ética. (http://www.unimep.br/fd/ppgd ca-dernosdedireitov11/12_Artigo.html).

A bioética teve início com as discussões das questões médicas, visando orientar as obriga-ções da classe médica, baseando-se no bem--estar do paciente e se resumia ao Juramento Hipocrático: “Usarei meu poder para ajudar os doentes com o melhor de minha habilidade e julgamento; abster-me-ei de causar danos ou de enganar a qualquer homem com ele”. Os médicos dominaram, por muitos anos, as discussões bioéticas, passando a dividir esse papel ao longo dos anos com profissionais de diversas outras áreas.

No início, a bioética era fundamentada em três princípios: o da beneficência, da autonomia e da justiça. Era a chamada trindade bioética,

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32que tinha como protagonistas: o médico, o paciente e a sociedade. Com a evolução da his-tória humana, novas descobertas mudaram a vida das pessoas, trazendo aspectos positivos, como a possibilidade de prorrogação da vida, e negativos, como a barbárie promovida por Hitler e seus seguidores, que, pelo desprezo à vida, criaram uma ciência que utilizava se-res humanos como cobaias. Foram realizadas experiências absurdas, grotescas, desumanas,

que não per-mitiram um p r o g r e s s o científico vá-lido. Recen-temente, sur-giram alguns defensores da utilização dos “ re su l tados das pesqui-sas” gerados pelos “cien-tistas” nazis-tas, visando obter infor-mações que pudessem ser aplicadas em benefício da humanidade.

Essas expe-r imentações a b s u r d a s , r e a l i z a d a s pelo regime nazista da A l e m a n h a , foram con-denadas pelo Tribunal de N u r e m b e r g em 1947, e os médicos foram consi-derados cul-pados de con-duta contrária aos valores do humanitaris-mo. Este fato foi o marco de

uma nova fase da bioética. É correto utilizar informações geradas através de experiências absurdas, grotescas e desumanas na tentativa de se obterem benefícios para a humanidade?

Os avanços científicos em diversos campos, dentre eles, o da manipulação genética, fize-ram a bioética voltar os olhos para as possí-veis consequências desastrosas, advindas dos avanços da biotecnologia moderna. Esse novo ramo da ética tem apresentado, desde o iní-cio, uma nítida vocação reguladora, mas sem autoritarismo, do comportamento humano, procurando formular princípios gerais aplicá-veis às pesquisas e tecnologias genéticas. No Brasil, é necessário criar uma visão própria de bioética ao invés de aceitar, de forma passiva e sem críticas construtivas, as propostas e os marcos conceituais provenientes de países do Primeiro Mundo.

A bioética deve consolidar seus fundamentos de acordo com a realidade nacional, conside-rando: a fome, o abandono, a exclusão social, o racismo etc. A bioética, apesar de cautelosa, deve ser ágil, uma vez que cada minuto perdi-do ou discussão protelada pode significar mor-tes ou uma maior aproximação da irreversibi-lidade dos efeitos causados pela deterioração ecológica (Figura 5). A bioética tem o compro-misso com o resgate do sentido da dignidade humana e qualidade de vida e, devido a sua abrangência, está caracterizada pela interdisci-plinaridade, interculturalidade e metodologia do diálogo.

Figura 5 – Gravura encontrada no site Canalkids (www.canalkids.com.br/cultura/ciencias/biologia/bioetica.htm), voltado para o público infanto-juvenil, mas que aborda temas como biossegu-rança e bioética.

Figura 4 – Capas de alguns livros sobre bioética

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33O Biodireito, relação da bioética com o Direi-to, surge da necessidade de se obterem instru-mentos eficientes a fim de proporem soluções para os problemas que a sociedade tecnológi-ca cria, principalmente devido ao atual estágio de desenvolvimento da biotecnologia.

Para Aristóteles, o grande objetivo de vida do homem é a felicidade advinda da sua capaci-dade de raciocínio, específica do ser humano, e que lhe permitiria sobrepor e regular todas as outras formas de vida. Aristóteles presumia que a evolução dessa faculdade traria realiza-ção pessoal e felicidade. Contudo, o que não foi previsto pelo filósofo é que o homem tem conquistado campos, até então inimagináveis, colocando-o no limiar da sua própria natureza.

A comunidade científica agora está alerta ao fato de o domínio do homem estar ameaçan-do a sua própria existência. As descobertas da biotecnologia merecem destaque, uma vez que evoluem com uma rapidez inigualável, e a bioética precisa acompanhar esta evolução na tentativa de gerar melhores perspectivas para a humanidade.

Diante dos avanços da engenharia genética e da biotecnologia, como devem se comportar os profissionais das diversas áreas para enfren-tar os desafios associados a estas evoluções? A sociedade e, até mesmo, os cientistas têm reagido com base em pontos de vista indivi-duais e, muitas vezes, equivocados e não de acordo com fatos ou informações validadas.

Não se pode falar em princípios bioéticos ab-solutos, já que a bioética muda conforme a história da sociedade, tornando praticamen-te impossível chegar a um consenso. Deve-se, portanto, buscar a tolerância junto com a res-ponsabilidade. A bioética não pretende calar a ciência, proibir as pesquisas, mas, sim, cami-nhar com elas, tentando verificar os problemas antes que eles ocorram e avaliar o que vale a pena ser realizado, visando agir de forma pre-ventiva. A discussão não deve se restringir aos especialistas; deve ser estendida a toda a socie-dade para que todos possam compreendê-la e ajudar a decidir, com segurança, qual o melhor caminho a seguir.

Figura 6 – Charge sobre o Projeto Genoma Humano (http://www1.folha.uol.com.br/folha/galeria/charge/i_charge200006.shtml).

SaiBa MaiS

Leia mais sobre o rato com o gene humano do câncer em http://en.wikipedia.org/wiki/Oncomouse.

A biotecnologia moderna fez surgir muitas questões sobre as quais a maior parte da po-pulação não tem segurança para emitir algum parecer nem mesmo sugerir quais deveriam ser os limites. Pode estar na biotecnologia o cami-nho para a cura de doenças como câncer de mama, fibrose cística e mal de Alzheimer, mas ainda pairam muitas desconfianças sobre os riscos envolvidos no desenvolvimento destas tecnologias. Uma das questões que tem sido motivo de muita discussão é a privacidade e confidencialidade dos nossos genes (Figura 6). Em breve, as fraquezas, limitações e deficiências dos indivíduos se tornarão acessíveis para toda a sociedade através de exames corriqueiros.

Desde que o Projeto Genoma Humano foi concluído em 2003, registrando uma sequ-ência de pouco mais de 3 bilhões de nucle-otídeos, surgiu uma maior inquietação com a possibilidade de exposição das deficiências e predisposições codificadas nos cromosso-mos, que poderiam ser exploradas, até mesmo como critério de seleção dos indivíduos para determinados cargos. Vejam como a questão da privacidade genética é vista de forma tão diferente: na Inglaterra, a população de algu-mas regiões tem doado, de forma voluntária, amostras de DNA para análise e construção de um banco de dados que pode vir a ajudar em processos de investigação criminal; o con-trário ocorre nos EUA, onde a maior parte da

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34população se opõe, embora alguns bancos de dados tenham sido gerados, como o do FBI – Federal Bureau of Investigation.

Alguns estados incluem o perfil de DNA de criminosos compulsoriamente em bancos de dados. Alguns cientistas acreditam que além de ajudar a solucionar crimes, o perfil de DNA pode ajudar a evitá-los. Caso exista um gene ou genes que indiquem predisposição à vio-lência comprovada, seria eticamente correto classificar uma criança, por exemplo, como predisposta à violência? O comportamento da sociedade não seria alterado ao dispor deste tipo de informação, e isso não teria influên-cia no comportamento do portador do gene? Seguradoras de saúde, em alguns países, uti-lizam duas tabelas: uma para portadores de genes associados ao câncer de colo e outra para pessoas que não possuem estes genes. Assistam ao filme GATTACA (http://www.mo-vieweb.com/dvd/news/36/26136.php, Figura 7) e busquem uma relação com o assunto que estamos discutindo: bioética.

capaz de decompor o petróleo, deu-se origem a uma nova era das patentes. Em 1988, foi con-cedida à Universidade de Harward a primeira patente de um animal transgênico (oncomou-se), um rato com o gene humano do câncer.

Em 19 de junho de 2000, um jornal de Min-nesota - EUA (Minessota Daily), que atende à comunidade universitária da Universidade de Minnesota (150 anos de idade e 64.000 alu-nos), publicou um anúncio através do qual se oferecia U$ 80.000 pela “doação” de óvulos para fertilização in vitro. O anúncio fazia refe-rência às características esperadas da doadora, como: jovem, altura igual ou superior a 1,8m, inteligente, caucasiana e sem problemas mé-dicos de origem genética. A jovem receberia uma doação em seu nome ou em nome de uma instituição de caridade de sua indica-ção. Se a doadora possuísse dotes musicais ou atléticos, um bônus seria incluído. O que você acha desse anúncio e do uso de palavras, como “doação”, “doadora” e “instituição de caridade”?

Após os desenvolvimentos das técnicas de clo-nagem em mamíferos realizada em 1997 pelo Dr. Ian Wimut (Instituto Roslin – Escócia), pa-rece que a possibilidade de se clonar um ho-mem é somente uma questão de tempo. Dolly foi uma demonstração do que se pode fazer com a biotecnologia moderna. Alguns países aprovaram leis, proibindo a clonagem de hu-manos, como é o caso dos EUA. Discuta sobre as questões éticas e religiosas que têm sido le-vantadas a respeito da clonagem de humanos. Apresente uma discussão sobre o uso de em-briões nos seus primeiros dias de vida em expe-rimentos, visando desenvolver ou testar a cura de doenças.

ReSUMoNeste capítulo, fizermos uma breve discussão sobre biossegurança e bioética. A preocupa-ção com a biossegurança surgiu da observa-ção de que muitos problemas de saúde estão relacionados à forma como o homem realiza suas atividades no ambiente de trabalho, sen-do que, em muitos casos, é possível minimizar ou, até mesmo, eliminar os riscos, permitindo a execução das atividades sem prejuízo para

Figura 7 – Capa do filme Gattaca.

Um paciente de leucemia do Hospital da Uni-versidade da Califórnia, Los Angeles EUA, des-cobriu, em 1984, que uma de suas linhagens de células foi patenteada pela referida univer-sidade. O paciente foi tratado da doença no hospital e, mesmo após a regressão da doen-ça, continuaram, por muitos anos, as coletas de medula, sangue, epiderme e sêmen.

Até poucas décadas atrás, não se concebia um pedido de patente de organismo vivo, mas, desde o pedido de patente para uma bactéria

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35o homem, para o ambiente ou para a própria atividade realizada. A evolução da biotecnolo-gia, em decorrência da constante descoberta de tecnologias, além de permitir a obtenção de novos produtos ou processos, ou, ainda, permitir um aumento da eficiência de proces-sos tradicionais, frequentemente implica uma necessidade de maiores cuidados com a bios-segurança. A melhor forma de minimizar aci-dentes é conhecer os pontos críticos e, para isso, existe uma importante ferramenta que é o desenvolvimento de mapas de risco. As novas tecnologias, principalmente aquelas relaciona-das à biotecnologia, muitas vezes são alvo de questionamentos no campo da bioética, devi-do aos problemas que pode advir do manuseio com OGM’s – Organismos Geneticamente Mo-dificados. A bioética envolve questões morais e o estabelecimento de condutas socialmente adequadas.

eXeRcÍcioS

1. Construa um mapa de risco para um am-biente de trabalho à sua escolha.

2. Construa uma tabela com os principais EPI’s e EPC’s encontrados em um labora-tório de biotecnologia com nível de biosse-gurança III e suas respectivas funções.

3. Pesquise sobre as atribuições da CTNBio.

4. Será que possuímos recursos éticos para utilizar, sábia e humana-mente, o poder genético?

5. Discuta sobre bioética e o papel dos OGM na erradicação da fome (visite http://jus2.uol.com.br/doutrina/texto.asp?id=8148).

6. Qual a posição do mercado externo em re-lação aos OGM’s?

ReFeRÊnciaBORÉM, A. e SANTOS, F. R. dos, Entendendo a Biotecnologia – Viçosa, MG, 2008.

HIRATA, M. H. e MANCINI FILHO, J.. Manual de biossegurança, Ed. Manole, 2001.

BORÉM, A., PATERNIANI, E. e De CASTRO, L. A., Transgênicos – A verdade que você precisa saber. – AP Vídeo e Comunicação.

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PRoDUtoS De oRigeM Biotecnológica

Prof. Irapuan Oliveira Pinheiro Carga horária I 14 H

oBJetiVoS eSPecÍFicoS

• Distinguir quais os principais produ-tos biotecnológicos de origem ani-mal, vegetal e microbiana;

• Conhecer umpouco sobre as carac-terísticas e formas de obtenção dos produtos biotecnológicos.

intRoDUÇÃo

Como você deve ter percebido ao longo destes três capítulos, os produtos biotec-nológicos podem ser de origem animal, vegetal e microbiana. Os bioprodutos de origem microbiana são os mais impor-tantes tanto pela variedade quanto pela quantidade com que são produzidos. Como exemplos de setores nos quais são encontrados produtos de origem micro-biana, podemos citar: indústrias alimen-tícias (iogurtes, queijos, bebidas lácteas, aminoácidos, polissacarídeos, microrga-nismos, ácidos, enzimas), de bebidas (cer-vejas, vinhos, cachaça), farmacêutica (an-tibióticos, esteróides), de tintas (butanol), de detergentes (enzimas); setor de ener-gia (bioetanol, biogás), agricultura (ino-culantes agrícolas, bio inseticidas), pecuá-ria (aminoácidos). Neste capítulo, vamos tratar dos produtos biotecnológicos de origem animal, vegetal e microbiana apresentando, de forma sucinta, o modo como podem ser obtidos industrialmente.

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1. PRoDUtoS BiotecnológicoS De oRigeM aniMal

Os principais bioprodutos de origem animal são as enzimas pancreatina, tripsina, pepsina, renina, quimiotripsina e catalase (Figura 1), que são obtidas a partir de tecidos específicos, de grande importância industrial. Essas enzi-mas são encontradas nos tecidos de animais e são extraídas em solução aquosa e, posterior-mente, processadas.

Figura 1 – Representação da estrutura mole-cular da catalase bovina.

Normalmente, os tecidos são secos e triturados e, no caso de tecidos úmidos, são utilizados moi-nhos ou homogeneizadores para a total desintegração. Utiliza-se água ou solução tampão para a extração do bioproduto (enzima), seguida de filtração ou centrifugação, para separar o material insolúvel da solução aquosa, contendo a enzima. Devido à dificuldade de filtração, costuma-se adicionar terra diatomácea para auxiliar na filtração do extrato ou do caldo bruto. A terra diato-mácea torna a torta menos compressível (ver Capítulo 5). A Tabela 1 apresenta as principais enzi-mas de origem animal e suas principais características e formas de produção.

Tabela 4.1 – Enzimas de origem animal, suas características e fontesENZIMA CARACTERÍSTICAS E FONTES

PancreatinaGeralmente preparada a partir do pâncreas de porco (de boi e de carneiro, quase não tem amilase) e apresenta atividades amilolítica, proteolítica e lipolítica.

Tripsina e Quimiotripsina

Tripsina cristalina é obtida da pancreatina ou, mais frequentemente, diretamente do teci-do pancreático, através de métodos especiais de isolamento e purificação.

PepsinaObtida da mucosa do estômago do porco. A pepsina é precipitada pela adição de etanol (não-solvente), sendo recuperada através de filtração e secagem à baixa temperatura.

Renina

Esta é uma protease ácida gástrica, que apresenta muitas similaridades com a pepsina. Está presente no suco gástrico do quarto estômago do bezerro. Pastas de renina são especialmente preparadas e utilizadas na produção de algumas variedades de queijo italiano.

CatalasePode ser produzida a partir do fígado e do sangue de animais bem como de fungos e de bactérias. Comercialmente, têm sido utilizados fígados de boi e porco, que são macera-dos através de moinhos de carne e, depois, submetidos à extração em solução aquosa.

2. PRoDUtoS BiotecnológicoS De oRigeM Vegetal

Semelhante aos produtos de origem animal, os principais bioprodutos de origem vegetal são as enzimas, com destaque para papaína, bromelina, ficina e malte. A papaína é uma enzima proteolítica alcalóide presente no lá-tex do fruto verde do mamão (Carica papaya), de tal forma que o látex bruto seco em pó é comumente descrito como papaína. O látex

seco perde, facilmente por oxidação, sua ati-vidade através da ação do ar, provavelmente, catalisado por outros constituintes do prepara-do enzimático bruto. Esta inativação pode ser inicialmente revertida pela adição de agentes redutores, o mesmo não ocorrendo, se a inati-vação for prolongada. Isso faz com que as pa-paínas comerciais não sejam armazenadas por muito tempo. A planta, como um todo, com exceção das raízes, contém grande quantidade da enzima, que pode ser extraída como suco prensado e, posteriormente, purificada.

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39Do fruto, o mais viável é fazer sucessivas san-grias do que sacrificar o fruto. Folhas, talos, pecíolos das flores e cascas podem ser prensa-dos para obtenção da enzima, contendo me-nor quantidade de substâncias inibidoras que o látex da fruta. A enzima pode ser removida do suco acidificado e filtrada após precipitação obtida através da adição de álcool (5 volumes de álcool a 92%) e de sulfato de amônio (2 volumes de sulfato de amônio e mantendo sob refrigeração). A papaína é a enzima proteolí-tica mais utilizada, sendo aplicada, principal-mente, na clarificação da cerveja (eliminar pro-teínas que causam turbidez), no amaciamento de carne (não altera aroma e sabor e gera ma-ciez 3 a 4 vezes maior), como auxiliar da diges-tão para pessoas com deficiência de enzimas proteolíticas, na reabsorção de hematomas, em testes com imunoglobulinas, fabricação de curativos (esparadrapo + gaze) aceleradores da cicatrização e, também, utilizados no trata-mento de úlceras de decúbito.

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Leia mais sobre papaína em http://pt.wikipedia.org/wiki/Papa%C3%ADna e sobre bromelina em http://pt.wikipedia.org/wiki/Bromelina.

Bromelina é uma protease de origem vegetal, obtida de várias espécies da família da Brome-liaceae (Figura 2), estando presente no talo e no fruto do abacaxi (Ananas comosus). A uti-lização da bromelina é similar ao da papaína e da ficina, ou seja, amaciamento de carne, eliminação de turbidez da cerveja, causada por material protéico em baixas temperaturas. É obtida comercialmente do caule do abacaxi após moagem, prensagem, filtração e precipi-tação do suco deste talo. Muitos preci-pitantes clás-sicos podem ser usados na preparação da enzima bruta ou no fracio-namento da enzima: sul-fato de amô-nio, metanol, isopropanol e acetona (mais

conveniente do ponto de vista industrial) com-binados com variações do pH do suco.

Ficina é uma protease do grupo da sulfidrila, como papaína e bromelina, sendo similar à papaína e podendo ser utilizada nas mesmas aplicações. Esta enzima está presente no lá-tex de certas espécies de Ficus. O rendimento após cristalização, pela adição de NaOH 1N até pH 5,0, seguido de armazenamen-to a 5ºC por várias semanas e centrifugação em baixas temperaturas, é baixo, fazendo com que o preço seja elevado. Assim, a papaína é muito mais utilizada comercialmente.

O malte é utilizado na produção de bebidas al-coólicas há muito tempo, sendo a cevada uma de suas fontes mais conhecidas. A diastase foi uma das primeiras enzimas identificadas (sé-culo XIX). A partir do malte de cevada e de outros materiais, é possível extrair uma grande variedade de enzimas, tais como: proteases, lipases, oxirredurtases, hemicelulases e ami-lases, que são as principais enzimas. O cereal guarda um embrião, esperando para germinar (p.ex. cevada). Com aumento da umidade, sur-ge a condição favorável e ocorre a liberação dessas enzimas como resposta às mensagens enviadas ao embrião. Enzimas, como prote-ases, lipases e hemicelulases, são sintetizadas durante a germinação. Algumas enzimas já estão presentes nos grãos antes de sua germi-nação, como é o caso da ß-amilase.

3. PRoDUtoS BiotecnológicoS De oRigeM MicRoBianaO progresso da biotecnologia fez com que fosse possível encontrar bioprodutos em qua-se todos os setores da economia. O advento da tecnologia do DNA-recombinante, marcan-do o início da Biotecnologia Moderna ou En-genharia Genética (Figura 3), ampliou, ainda mais, a variedade de produtos que podem ser obtidos através de processos biotecnológicos. Os agentes biotecnológicos com maior poten-cial para produção de bioprodutos são os mi-crorganismos tanto pela grande variedade de espécies quanto por ser mais fácil de utilizar a engenharia genética.

Figura 2 – Ananás, da família das Bro-meliaceae.

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A maior parte das descobertas que deram ori-gem à engenharia genética tiveram as bactérias como agentes biotecnológicos. Isso se deve a uma série de características que facilitam os estudos genéticos: as bactérias se multipli-cam rapidamente, são facilmente preservadas, desenvolvem-se em meios de cultura relativa-mente simples e baratos. Existem inúmeras es-pécies e variedades de bactérias na natureza, ocorrendo em todos os ambientes, algumas delas em condições extremas de temperatura, pressão e umidade.

A seguir, discutiremos sobre alguns bioprodu-tos produzidos com a participação de micror-ganismos (bactérias e fungos): etanol, ácidos, solventes, vitaminas, antibióticos, polissaca-rídeos, aminoácidos, esteróides, microrganis-mos, poliésteres bacterianos, bioinseticidas, inoculantes agrícolas e vacinas.

3.1 etanol

O etanol ou álcool etílico pode ser obtido por três maneiras: via destilatória – não tem sen-tido para o Brasil a não ser para controlar o preço de certas castas de vinho de mesa; via sintética – a partir de hidrocarbonetos não saturados, como eteno e etino e de gases de petróleo e da hulha e que é viável para países com grande reserva de petróleo e com uma indústria petroquímica avançada e por via fer-mentativa – é a maneira mais importante de obtenção de etanol no Brasil. Podemos des-tacar três fases na obtenção de etanol por via fermentativa (Figura 4): preparo do substrato – é o tratamento da matéria-prima para ex-trair os açúcares fermentescíveis, variando de acordo com a origem da matéria-prima; fer-mentação – etapa comum para todos os subs-

Figura 3 – Foto manipulada através de editor de imagens com o intuito de fazer uma crítica às novas tecnologias genéticas.

tratos açucarados, baseada no princípio de transformação do açúcar em álcool e CO2, e destilação – nesta etapa, ocorre a separação do álcool, geralmente em duas operações. A primeira separa o substrato fermentado sob a forma de uma mistura hidroalcoólica não pura contendo aldeídos, ésteres, álcoois superiores e ácidos orgânicos, e, na segunda etapa, ocor-re a separação do etanol das impurezas (Figura 5). A matéria-prima pode ser qualquer mate-rial susceptível à fermentação, e sua composi-ção varia bastante de acordo com um grande número de fatores, uns controláveis pelo ho-mem, outros não. Como exemplo de matérias--primas, tem-se: melaço – resíduo da fabri-cação do açúcar que não são mais utilizáveis para obtenção de açúcar, em torno de 50% de açúcares fermentescíveis); cana-de-açúcar – predominantemente sacarose com açúcares redutores glicose e frutose; milho – 1,5 a 8% de material celulósico; milho sacarino; sorgo sacarino; mandioca; resíduos celulósicos. A Ta-bela 2 apresenta matérias-primas que podem ser utilizadas na produção de etanol, classifica-das como matérias açucaradas, matérias ami-láceas e feculentas e matérias celulósicas.

Figura 5 – Destilaria de álcool da usina Guarani que divulga uma de responsabilidade ambiental http://www.invicto .com.br/hp/respon-sabilidade/ambiental/ambiental.php?nSubTopicoN2=4.

Figura 4 – Gravura que procura destacar as principais matérias-pri-mas utilizadas na produção de etanol, por via fermentativa.

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41A levedura Saccharomyces é um microrganismo de grande importância dos processos biotecnoló-gicos (panificação, cerveja, vinhos, bebidas alcoólicas, etanol combustível), sendo considerado o eucariótico (célula com núcleo organizado e processos metabólicos compartimentalizados) mais estudado, cujo metabolismo é o mais conhecido.

fermentativo, atualmente dominante, fez cair os preços a partir de 1923. O processo Koji é baseado no cultivo de Aspergillus niger em substrato sólido (farelo de trigo pode ser subs-tituído por batata doce). O cultivo pode ser em superfície ou submerso. O cultivo em super-fície foi o primeiro método a fornecer ácido cítrico a baixo preço e ainda é utilizado por muitos fabricantes, sendo mantido como se-gredo industrial. No cultivo submerso, o fungo cresce completamente submerso em um meio de cultura sob agitação, para garantir homo-geneidade.

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Leia mais sobre o ácido cítrico em h t t p : / / p t . w i k i p e d i a . o r g /wiki/%C3%81cido_c%C3%ADtrico.

O ácido itacônico pode ser obtido por pirólise do ácido cítrico, produzindo dois compostos isoméricos, um deles o anidrido do ácido ita-cônico. Este processo não é comercialmente bem sucedido. Também poderia ser obtido removendo ácido aconítico do caldo de cana--de-açúcar na forma de aconitato de cálcio, que depois é convertido em ácido itacônico por aquecimento. Por fermentação, é pro-duzido, usando-se Aspergillus terreus e, com menor rendimento, por Aspergillus itaconicus,

Tabela 2 – Matérias-primas para produção de etanolCLASSIFICAÇÃO CARACTERÍSTICAS E EXEMPLOS

Açucaradas

CARACTERÍSTICAS: podem ser diretamente fermentescíveis (contêm monossacarí-deos e se limitam aos sucos de frutas, sendo importantes na produção de álcool em bebidas, como vinho e sidra) e não diretamente fermentescíveis (contêm os dissacarídeos que fermentam após uma hidrólise – inversão – catalisada pela ação de uma enzima produzida pelo agente da fermentação). Fermentação é fácil, não exige profundos conhecimentos, e a matéria-prima nem sempre é pura.EXEMPLOS: cana-de-açúcar, beterraba açucareira, sorgo sacarino, milho sacarino, melaços, mel de abelhas e frutas.

Matérias amiláceas

e feculentas

CARACTERÍSTICAS: fermentam após uma hidrólise – sacarificação – que converte amido não fermentescível em fermentescível. As técnicas de produção são mais complexas, exigem maiores conhecimentos, dificuldade de conservação, elevados custos de operação.EXEMPLOS: grãos amiláceos, raízes e tubérculos feculentos.

Matérias celulósicas

CARACTERÍSTICAS: A matéria-prima é bastante abundante, mas ainda não oferece condições econômicas para produção de etanol.EXEMPLOS: palhas, madeiras, resíduos agrícolas e resíduos sulfíticos de fábricas de papel.

3.2 áciDoS

Os ácidos orgânicos ou ácidos carboxílicos mais importantes do ponto de vista de produ-ção ou potencial para futuro desenvolvimento são: cítrico (Figura 6); itacônico; glucônico e glucono-ß-lactona; lático e oxogluconatos. Estes ácidos também podem ser comercializa-dos na forma de sais derivados. Os processos para produção destes ácidos foram descober-tos recentemente, nos últimos cem anos, ao contrário das fermentações para produção de alimentos e bebidas.

Figura 6 – Ácido 2-hidroxi-1,2,3-propano-tricarbo-xílico ou citrato de hidrogênio ou ácido cítrico.

O ácido cítrico era obtido do citrato de cálcio, havendo um monopólio do governo italiano e elevados preços. O surgimento do processo

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42sendo usado na fabricação de polímero como acrílico, por copolimerização (5%), conferindo capacidade ao acrílico de reter tintas de im-pressão.

D-glucono-ß-lactona e sua forma ácida, o áci-do glucônico, são os produtos mais simples da desidrogenação da D-glicose sendo produzi-dos por uma grande variedade de bactérias (Z. mobilis, por exemplo) e fungos.

O ácido lático foi isolado pela primeira vez do leite azedo sendo bastante estudado quanto às suas propriedades físicas e químicas. Ocor-re em duas formas isoméricas como uma mis-tura racêmica (mistura equimolar das duas formas enantioméricas). Também é produzido pelo músculo, quando submetido a esforço ou quando a quantidade de oxigênio aumenta. Foi o primeiro ácido orgânico a ser fabricado industrialmente por fermentação.

Os oxogluconatos são produzidos pela bacté-ria Gluconobacter suboxidans, que converte D-glicose em misturas de 2-oxogluconato (tra-ços) e 5-oxogluconato (predominante), embo-ra não seja produzida industrialmente.

3.3 SolVenteS

Bactérias do gênero Clostridium podem pro-duzir importantes solventes, como butanol, acetona e isopropanol ao serem cultivadas em meios à base de matérias-primas sacarídeas, amiláceas, celulósicas e de resíduos sulfidrílicos de fábricas de papel e celulose.

Fermentação Acetona-Butanólica – várias bac-térias são capazes de produzir butanol e aceto-na, sendo indicado Clostridium acetobutylicum (Figura 7) para produção industrial. Todas as espécies são formadoras de esporos, que so-brevivem em solo, areia ou outro material iner-te. Essa propriedade facilita sua conservação em laboratório. Pode ser produzido através de fermentações contí-nuas ou de fermentações com células imobilizadas. O processo contínuo ocorre em duas fases: uma para formação de biomassa e outra para formação dos solven-tes em outro fermentador. O efeito inibidor do solvente é amenizado, bombeando-se o mosto através de uma coluna adsorvente de carvão, para retirar o solvente. A temperatura é um

fator importante que pode levar a uma maior produção de determinado solvente.

Figura 7 – Clostridium acetobutylicum (telem.openu.ac.il/.../c20237/fermentations-g.htm).

Fermentação Butanol-Isopropanol – dentre os microrganismos produtores de isopropanol, o mais conhecido é o Clostridium butyricum (denominação mais atual do Clostridium bu-tylicum), uma bactéria anaeróbia formadora de esporos, cuja temperatura ótima é 37ºC. O Clostridium butyricum metaboliza os açúcares com produção de butanol, isopropanol, CO2, H2 e pequenas quantidades de ácido acético. A tecnologia de produção é semelhante à do butanol-acetona.

Fermentação Acetona-Etanol – os microrga-nismos que produzem acetona-etanol são Ba-cillus macerans e o Bacillus acetoethylicus. Os produtos da fermentação são acetona, ácido acético e ácido fórmico. São utilizadas as mes-mas matérias-primas das fermentações prece-dentes, ou seja: milho, batata, hidrolisados diversos e melaços. Os níveis de temperaturas adequadas variam entre 40 a 43ºC. As fermen-tações terminam normalmente em 6 dias.

3.4 VitaMinaS

Vitamina é um nome genérico dado a subs-tâncias orgânicas complexas, de diferente clas-sificação química, encontradas em alimentos, geralmente em quantidades pequenas, indis-pensáveis ao metabolismo animal ou vegetal. As vitaminas eram obtidas por extração, a par-tir de alimentos, mas, atualmente, a maioria delas é sintetizada por ser mais viável econo-micamente. Embora possam ser obtidas por via fermentativa, atualmente, somente são

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43produzidas por fermentação: riboflavina (vi-tamina B2) e, principalmente as cobalaminas (em que esta situada a cianocobalamina ou vitamina B12).

O ácido ascórbico em uma das fases (trans-formação do sorbirtol em sorbose por desi-drogenação) também conta com participação micro-biana. Em processo mais recente, au-mentou-se o número de etapas microbiológi-cas do processo.

3.5 antiBióticoS

Os antibióticos são metabólitos secundários que inibem o processo de crescimento de ou-tros microrganismos, mesmo em baixas con-centrações. Alexander Fleming (Figura 8), em 1929, descobriu um agente anti-bacteriano produzido por um Penicillium ao obser-var que as colônias na vizinhança de um fungo se mostravam trans-lúcidas devido a um processo de lise celular. Fleming fez crescer o Penicillium sobre a superfície de caldo nutriente e verifi-cou que uma substância antimicrobiana era secretada no meio, à qual deu o nome de pe-nicilina. A Segunda Guerra Mundial estimulou, devido à necessidade de tratar as infecções de feridas, o desenvolvimento de um processo de produção de penicilina, dando início à era dos antibióticos.

ca. Atualmente somente 123 antibióticos são produzidos por fermentação, e mais de 50 são produzidos como compostos semi-sintéticos, e três (clorofenicol, fosfamicina e pirrolnitri-na) são produzidos de forma completamente sintética. A Figura 9 apresenta o número de antibióticos conhecidos ao longo dos anos, e a Tabela 3 apresenta a distribuição do número de antibióticos em relação aos principais gru-pos de microrganismos.

Figura 8 – Alexander Fleming (http://www.britannica.com/EBchecked/topic-art/209952/10706/Sir-Alexan-der-Fleming#).

Esta ainda é a área de maior investigação na microbiologia industrial, devido aos progra-mas implementados em todos os países indus-trializados. Em liquens, algas, animais superio-res e plantas, têm sido detectadas em torno de 3.000 substâncias com atividade antibióti-

Figura 9 – Relação entre o número de antibióticos descobertos ao longo dos anos.

Apenas os antibióticos produzidos pelos fun-gos dos gêneros Aspergillaceae e Moniliales são de importância prática, de tal modo que somente 10 antibióticos fúngicos são produzi-dos comercialmente e somente as penicilinas, cefalosporina C, griseofulvina e o ácido fusídi-co apresentam importância clínica. Já entre as bactérias, existem muitos grupos taxonômicos que produzem antibióticos, e a maior varieda-de encontra-se entre os actinomicetos, espe-cialmente os do gênero Streptomyces. Os an-tibióticos peptídicos, produzidos por bactérias do gênero Bacillus, fazem parte de um impor-tante grupo. Os antibióticos são usados, prin-cipalmente, como agentes terapêuticos nas in-fecções causadas por microrganismos sensíveis a eles. Na quimioterapia, usam-se antibióticos tanto de amplo espectro (ativo contra muitos microrganismos) quanto de espectro reduzido

Tabela 3 – Número de antibióticos em relação aos principais grupos de microrganismos

GRUPO TAXONÔMICO

NÚMERO DE ANTIBIÓTICOS

Bactérias não Actinomicetos

950

Actinomicetos 4.600

Fungos 1.600

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44(ativo contra uma faixa restrita de microrga-nismos). Os antibióticos também podem ser usados como: antitumorais, contra doenças em plantas, preservantes de alimentos, esti-muladores do crescimento animal (aumen-to do peso devido à mudança na microflora do trato intestinal) e na medicina veterinária, como ferramentas na bioquímica e na biologia molecular. Os antibióticos são normalmente produzidos através de métodos submersos em fermentadores de 40.000–200.000 litros, não se empregando tanques maiores devido à difi-culdade de aeração. Podem ser utilizados vários tipos de biorreatores operando tanto em bate-lada quanto em batelada alimentada. Deve-se tomar muito cuidado com o manuseio das ce-pas, que são bastante susceptíveis à mutação. A produção de penicilina, por exemplo, pode ser realizada em modo batelada e batelada ali-mentada. O processo contínuo se mostra bas-tante difícil devido à instabilidade das cepas.

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Leia mais sobre gomas em http://www.setor1.com.br/gomas/gomas.htm.

3.6 PoliSSacaRÍDeoS

A produção industrial de polissacarídeos era baseada, até recentemente, em produtos de origem vegetal e em algas marinhas. Esses produtos tradicionais (amido, alginatos, goma arábica, goma guar e goma de algaroba) são largamente empregados nas indústrias de ali-mentos, farmacêutica e química. Com exceção do amido, esses produtos apresentam forte flutuação, quanto à qualidade, homogeneida-de e suprimento. Assim, polissacarídeos de ori-gem microbiana parecem uma boa alternativa uma vez que possuem propriedades similares aos produtos tradicionais e, em alguns casos, por apresentarem qualidades que os qualifi-cam para o desenvolvimento de novos produ-tos. Além disso, as técnicas genéticas podem propiciar polissacarídeos com propriedades “sob encomenda”, algo que nos vegetais deve demorar mais para ocorrer. Observações de gomas datam de 1813, quando xaropes de cana-de-açúcar e beterraba assumiram textu-ra quase sólida, dificultando o processamento para obtenção de açúcar (filtração e cristaliza-ção). Isso ocorreu devido à formação de go-mas. Em 1961, Pasteur (Figura 10) concluiu

que devia estar havendo ação microbiana; em 1878, foi identificada a bactéria Leuconostoc mesenteroides e, em 1880, foi identificado o produto, uma glucana que recebeu o nome de dextrana. Este passou a ser o primeiro biopo-límero produzido em larga escala. Os polissa-carídeos são utilizados, principalmente, como espessantes ou geleificantes na indústria de alimentos. Outras características importantes dos polissacarídeos, ou efeitos secundários, são emulsificação, estabilização de emulsão, controle de cristalização, encapsulação e for-mação de filmes. Estas propriedades devem ser mantidas após serem submetidas a altas tem-peraturas (p.ex. molhos são submetidos a UHT – Ultra High temperature). Os polissacarídeos podem ser divididos em duas classes principais: agentes de viscosidade, agentes geleificantes e uma terceira categoria, que inclui polissacarí-deos, cujas aplicações são bem específicas. A xantana e a goma gelana foram o segundo e o terceiro biopolímeros a serem produzidos em larga escala.

Figura 10 - Louis Pasteur em seu laboratório.

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Goma Dextrana é um heteropolissacarídeo produzido principalmente pela bactéria Leuconostoc mesente-roide, em substrato de crescimento contendo saca-rose. O peso molecular desse polissacarídeo varia de 40.000.000 a 100.000.000, constituído por unidades básicas de a-D-glucopiranoses ligadas em a( 1→ 6) e diferem quanto ao número de ramificações em 1→2, 1→3, 1→4 e no peso molecular. São polissacarídeos quimicamente neutros e inertes, portanto compatí-veis com as substâncias encontradas na maioria dos alimentos. Geralmente são utilizados como agentes emulsionantes e estabilizantes de sistemas de emul-sões constituídos de água em óleo (http://www.se-tor1.com.br/Gomas/Goma%20Dextrana.htm).

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453.7 aMinoáciDoS

Em 1908, Kikunoe Ikeda descobriu, no Japão, as propriedades estimulantes do sabor do ácido glutâmico. Logo em seguida, foi inicia-da a produção comercial do glutamato sódi-co a partir de hidrolisados ácidos de trigo e proteína de soja. Em 1957, descobriu-se que, durante o crescimento de Corynebacterium glutamicum, havia produção de ácido glutâ-mico, que era liberado no meio de cultivo. Este microrganismo se tornou a principal fonte de glutamato monossódico, e foi dado um impul-so na indústria de fermentação do Japão, com destaque para a produção de aminoácidos e de nucleotídeos. As principais empresas pro-dutoras de aminoácidos e nucleotídeos estão no sudeste da Ásia (Japão, Coréia e Taiwan).

No Brasil, em 1996, foram produzidas 65.000 toneladas de glutamato monossódico, pela Ajinomoto S.A., único fabricante do produto. No Brasil, consomem-se 28g por habitante, enquanto nos EUA e Japão, 170 e 670, res-pectivamente. O grande uso dos aminoácidos está na alimentação humana e animal já que os animais superiores não sintetizam todos os aminoácidos de que necessitam. As proteí-nas vegetais são frequentemente deficientes em aminoácidos es-senciais, como l-lisina, l-me-tionina, l-treonina e o l-triptofano. Isso é o que justifica a adição de aminoácidos a alimentos, como o pão. Os aminoácidos são, essencial-mente, os constituintes básicos das proteínas. Aproximadamente 66% dos aminoácidos são empregados na indústria de alimentos, 31% como aditivos a rações e 3% em medicina e cosmética. Têm-se desenvolvido processos de fermentação para quase todos os aminoácidos com exceção para glicocola, l-cisteína e l-cis-tina. Comercialmente, os aminoácidos podem ser obtidos através de:

• Extraçãoapartirdehidrolisadosdeproteína;• Síntesequímica;• Produçãoporviamicrobiológica: •Produçãodiretaapartirdefontesdecar- bono como glicose, frutose, melaço; • Conversão de produtos intermediários

baratos; •Utilizandoenzimasoucélulas imobili-

zadas.

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Leia mais sobre glutamato monossódico em: h t t p : / / p t . w i k i p e d i a . o r g / w i k i / G l u t a m a t o _monoss%C3%B3dico.

3.8 eSteRóiDeS

Biotransformação é o conjunto de processos biológicos através dos quais um composto or-gânico é modificado para um produto recupe-rável, mediante reações simples, quimicamente definidas, catalisadas por enzimas celulares. As biotransformações diferem das fermentações, nas quais os produtos são como antibióticos, enzimas, ácidos orgânicos e solventes, origi-nando-se de um complexo sistema enzimáti-co do metabolismo primário ou secundário. Os esteróides são encontrados em pequenas quantidades na maioria das células vivas e nos microrganismos, o mais abundante é o ergos-terol (Figura 11). As concentrações dependem das espécies e das condições de cultivo, e di-ferentes microrganismos podem atuar sobre o mesmo esteróide, produzindo transformações de diferentes tipos. As biotransformações são mais específicas, não necessitam de tempera-turas elevadas e são realizadas em meio aquo-so. Isto implica uma menor contaminação se compararmos aos processos químicos nos quais são utilizados solventes orgânicos, em-bora as soluções diluídas acarretem em dificul-dades para a separação.

Figura 11 – Estrutura do esgosterol. O ergos-terol é um esterol, que é precursor da Vitamina D2. É transformado em vioste-rol pela ação da luz ultravioleta e que depois é convertido em ergo-calciferol, que é uma forma de vitamina D.

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Os esteróides formam um grande grupo de compos-tos solúveis em gordura (lipossolúveis), que têm uma estrutura básica de 17 átomos de carbono dispostos em quatro anéis ligados entre si. Os esteróides com-preendem diversas substâncias químicas com impor-

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46tante papel na fisiologia humana. Alguns esteróides são produzidos sinteticamente com finalidade médi-ca terapêutica.

3.9 MicRoRganiSMoS

Os microrganismos têm uma forte influên-cia em nossas vidas devido à habilidade para converter quase todos os substratos orgânicos aquo-solúveis, incluindo compostos de solu-bilidade muito baixa. O desenvolvimento da exploração do potencial microbiano pode ser dividido em três períodos:

• Períododeignorância(pré1800)• Períodododescobrimento(1800a1900)• Períododedesenvolvimentoindustrial(pós

1900)

O crescimento de microrganismos pode ser avaliado pelo aumento da massa celular ou pelo número de células, sendo o resultado de

uma série de eventos altamente coordenados e enzimaticamente catalisados. A velocidade de crescimento depende do transporte dos nutrientes, das fontes de carbono, nitrogê-nio, vitaminas e sais minerais que se trans-ferem à célula (transferência de massa) e de parâmetros ambientais, como temperatura e pH, que devem ser mantidos no valor ótimo (Figura 12). A massa celular ou biomassa ob-tida em um biorreator pode ser determinada gravimetricamente, através de peso seco, peso úmido, ADN ou proteína, ou numericamente, pela contagem de células. O tempo de dupli-cação de um microrganismo aumenta com o aumento do tamanho e da comple-xidade da célula:

• Bactériaentre0,25e1,00hora• Levedurasentre1,15e2,00horas• Fungosentre2,00e6,90horas• Célulasdeplantasentre20e40horas

Figura 12 – Biorreator para fermentação submersa, equipado com sensores de pH, O2, temperatura e controle de vazão de alimentação, temperatura, aeração.

A produção de microrganismos (biomassa mi-crobiana) está aliada à utilização de substratos que são resíduos da indústria e da agropecu-

ária, visando reduzir o impacto ambiental do descarte destes materiais. Para a produção de biomassa, deve-se observar as necessida-

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47des nutricionais importantes e os processos empregados na produção e recuperação. Isso considera também condições operacionais e acompanhamento da produção de metabóli-tos primários e secundários. Os componente nutricionalmente importantes são as fontes de carbono, de nitrogênio, sais minerais e, em al-guns casos, fatores de crescimento. A relação entre as concentrações das fontes de carbono e de nitrogênio é essencial, principalmente se o pH não for controlado O processo de produ-ção de biomassa inicia com a seleção do mi-crorganismo produtor através de isolamento ou adquirido em Coleções de Cultura. A etapa de seleção dos microrganismos é muito impor-tante, atualmente contando com o apoio da engenharia genética para a obtenção de trans-formações mais eficientes.

3.10 PoliÉSteReS BacteRianoS

Apesar do impacto ambiental, ninguém pode negar a importância dos plásticos na socieda-de moderna como substituto de muitos ma-teriais, ressaltando que este mercado está em crescimento. O Brasil produz anualmente cerca de 2.000.000 de toneladas de resina plástica, correspondendo a 2% do mercado mundial. Há um grande potencial para crescimento, já que o consumo per capta é muito menor que de outros países (Brasil – 10 Kg/hab; EUA 70 Kg/hab; Comunidade Européia 46 Kg/hab; Ja-pão 54 Kg/hab). Os plásticos têm despertado grande atenção devido à poluição que geram. A reciclagem é, sem dúvida, uma alternativa, embora os custos elevados tenham impedido que se atinjam níveis compatíveis com os de descarte. Outro problema é que a principal matéria-prima utilizada na produção não é um recurso renovável a curto ou médio prazo. A in-cineração deste material também causa sérios problemas devido à liberação de gases tóxicos e CO2, que tem sido associado ao efeito estufa.

Têm-se aditivado plásticos convencionais, tor-nando-os degradáveis sob ação da luz ultravio-leta ou incorporando materiais biodegradáveis ao plástico, permitindo a degradação de parte do material e a destruição de sua estrutura, reduzindo-o a partículas menores. Outra linha de desenvolvimento tem permitido identificar novos materiais que possuam propriedades termoplásticas e desempenho semelhante aos

dos plásticos convencionais, mas que são facil-mente degradáveis (polilactato, poliglicolato, álcool polivinílico). Diversas bactérias acumu-lam polihidroxialcanoatos (PHA’s) na forma de grânulos intracelulares, podendo chegar a 80% da massa celular seca. Estes grânulos po-dem servir como reserva de carbono e energia. Cerca de 90 monômeros diferentes já foram identificados na estrutura dos PHA’s, destacan-do a grande variedade de PHA’s que podem ser produzidos.

3.11 BioinSeticiDaS

A indústria de alimentos lida com um sério problema relacionado com bactérias que for-mam esporos, uma vez que estas produzem toxinas e apresentam forte resistência ao pro-cesso de higienização. Por outro lado, diver-sas outras bactérias, que formam esporos, produzem moléculas importantes, como sol-ventes, antibióticos, enzimas e inseticidas. As bactérias formadoras de esporos perten-cem, em sua maioria, à família Bacillaceae, incluin-do gêneros: Bacillus, Sporolactobacillus, Clos-tridium, Desulfotomaculum e Sporosarcina. O gênero aeróbio Bacillus é o maior, seguido do Clostridium. As bactérias formadoras de es-poros são as que apresentam maior potencial para o controle biológico, pelas mesmas ca-racterísticas que lhes conferem resistência às condições ambientais adversas e ao processa-mento industrial. Os insetos são responsáveis por perdas que chegam a 30% da produção, gerando uma intensificação do uso de pestici-das químicos e, consequentemente, surgiram os problemas de intoxicação e de resistência dos insetos.

Em vista destes problemas, surgiram alterna-tivas, como o uso de feromônios e entomo-patógenos, que incluem especialmente vírus, bactérias e fungos. Inseticidas baseados em entomopatógenos são frequentemente espe-cíficos, apresentam baixa ou nenhuma toxidez aos vertebrados e insetos benéficos, ocorrendo naturalmente nos campos cultivados. O uso de entomopatógenos corresponde a somente 1% do mercado total de produtos para proteção de plantas, contudo, tem aumentado a quan-tidade de produtos disponíveis e as perspecti-vas do mercado. O Bt – Bacillus thuringiensis é o ingrediente ativo mais utilizado comercial-

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48mente nos biopesticidas. As vendas de produ-tos à base de Bt aumentaram 80% nas ven-das nos últimos 3 anos (dados publicados em 2001). Têm havido avanços na formu-lação e formas de produção. O processo fermentativo envolve várias etapas na obtenção de grandes quantidades de células e de seus metabólitos. Para Bt, o mais usual é o processo submerso, variando-se a forma de recuperação e de for-mulação final. Nas fermentações com Bt, há necessidade de altos níveis de carbono e nitro-gênio e de oxigênio. Os microrganismos aeró-bios, como o Bt, apresentam elevada deman-da de ar nos estágios iniciais de fermentação, sendo quase impossível saturar com ar caldos dessas culturas em crescimento logarítmico em fermentadores de 14 litros, mesmo com aeração de 2vvm.

3.12 inocUlanteS agRÍcolaS

O uso de microrganismos também tem pos-sibilitado a geração de produtos denomina-dos inoculantes agrícolas. Esses produtos têm como características principais proporcionar aos plantios comerciais benefícios, como a redução de fertilizantes artificiais, redução de danos causados por doenças, estímulo do crescimento vegetal e redução de compostos xenobióticos pela decomposição de pesticidas depositados no solo. Os mecanismos de ação dos inoculantes variam bastante, podendo, por exemplo, ajudar na fixação biológica do nitrogênio (FBN). Os microrganismos invadem as raízes, formando nódulos por diferenciação celular. Há uma simbiose entre os microrganis-mos e a planta. O fenômeno natural da FBN em leguminosas já está bastante estabelecido. Os gêneros microbianos Bradyrhizobium e Rhi-zobium invadem as raízes das plantas da famí-lia Leguminosae, provocando a diferenciação celular das raízes e, consequentemente, a for-mação de nódulos em que se estabelece uma simbiose entre a planta e as células bacterianas presentes no nódulo. As células bacterianas fixam o nitrogênio atmosférico, produzindo compostos nitrogenados, e a planta oferece compostos intermediários.

3.13 VacinaS

A necessidade de vacinação em massa estimu-la o desenvolvimento de tecnologias de produ-

ção para atender a demanda. Desde o tempo de Jenner (1749-1823), a vacinação (Figura 13) já controlou nove das principais doenças em algumas partes do mundo (varíola, difteria, tétano, febre amarela, coqueluche (pertussis), poliomielite, sarampo, caxumba e rubéola). A varíola foi considerada erradicada em 9 de de-zembro de 1979 pela OMS – Organização Mun-dial da Saúde. Apesar dos grandes progressos na área de vacinação, muito ainda precisa ser feito, mesmo em países desenvolvidos. Pode-se afirmar que as vacinas apresentaram um efei-to na redução da mortalidade maior, até mes-mo que o proporcionado pelos antibióticos.

Figura 13 – Capa do livro de Edward Jenner sobre vacinação e manus-crito sobre sua primeira vacinação.

Há registros históricos de tentativa de vacina-ção desde o século VI na China; ou seja, a hu-manidade tenta controlar as doenças há muito tempo. A classificação de vacinas se baseia no conceito de resistência específica (ativa contra um determinado microrganismo patogênico) ou imunidade do hospedeiro (mecanismos de resistência inespecífica ou natural, ativos contra diferentes espécies), que, por sua vez, depende de uma resposta imunológica. Outro conceito importante é o de antígeno, que são substâncias de natureza protéica, polissacarí-dica ou constituídas de outros compostos liga-dos às proteínas e que se encontram presentes nos microrganismos, de tal forma que, ao se-rem introduzidos nos hospedeiros, estimulam a produção de anticorpos. Uma única espécie de bactéria possui inúmeros antígenos diferen-tes. Assim, a imunização consiste em introdu-zir o antígeno no hospedeiro para estimular a produção de anticorpos sem a contração da doença causada pelo microrganismo invasor. Edward Jenner (Figura 14), em 1798, obser-

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49vou que as ordenhadeiras sofriam lesões nas mãos durante o trabalho, contraindo a varío-la bovina e que, durante epidemias de varíola humana elas não contraíam a doença. Jenner demonstrou que o material retirado das lesões de varíola bovina era protetor contra a varíola humana (uma doença mortal). Ele se imunizou usando o material. Anos depois, seu trabalho foi reconhecido quando outros pesquisadores constataram semelhanças entre os antígenos da varíola humana e bovina, mas, de gravida-des bem diversas. Pasteur homenageou o tra-balho de Jenner, ao designar todos os tipos de antígenos, não somente os eficazes contra a varíola, por vacinas (derivada do termo latino vacca, que é vaca em português). As imuni-zações podem ser: ativa/passiva naturalmente/artificialmente adquirida. As imunizações ativa e passiva se referem à adição dos antígenos, induzindo à produção de anticorpos ou dos próprios anticorpos, respectivamente. A pro-dução ainda ocorre em escala de laboratório feita pelos órgãos governamentais. Quanto maior o número e as etapas de purificação, maiores serão as perdas e, consequentemente, maior o volume necessário para produzir uma dose humana.

pação de microrganismos (bactérias e fungos): etanol, ácidos, solventes, vitaminas, antibió-ticos, polissacarídeos, aminoácidos, esterói-des, microrganismos, poliésteres bacterianos, bioinseticidas, inoculantes agrícolas e vacinas. Com o advento da tecnologia do DNA recom-binante, a possibilidade de produção de novos produtos de origem biotecnológica ampliou imensamente.

eXeRcÍcioS

1. Faça uma relação com todos os produtos de origem biotecnológica que você já con-sumiu.

2. Por que há uma busca pela produção dos mais diversos produtos por via biotecnoló-gica? Quais as vantagens que estes proces-sos oferecem?

3. Quais as características desejadas para um microrganismo que se pretende utilizarem na produção de um bioproduto?

4. Quais as vantagens de se realizar cultivos em biorreatores?

5. Como agem e quais as vantagens dos bio-inseticidas?

gloSSáRioAlcalóide (de álcali, básico, com o sufixo -oide, “-semelhante a”) - é uma substância de ca-ráter básico derivada de plantas que contêm, em sua fórmula, basicamente nitrogênio, oxi-gênio, hidrogênio e carbono.

Feromônio - Designação genérica de substân-cias segregadas por animais, esp. insetos, que servem de meio de comunicação entre indivídu-os da mesma espécie ou são atraentes sexuais.

Látex - secreção esbranquiçada, raramente amarelada, produzida por algumas plantas como a papoula e a seringueira quando seus caules são feridos. Tem a função de, uma vez

Figura 14 – Edward Jenner (17 de maio de 1749 - 26 de Janeiro de 1823), natu-ralista e médico inglês que clinicava em Berkeley, Gloucestershire, e que ficou conhecido pela invenção da vacina da varíola.

ReSUMoNeste capítulo, discutiu-se, brevemente, sobre diversos produtos de origem biotecnológica, ou seja, bioprodutos produzidos com a partici-

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50consolidada com a oxidação, provocar a cica-trização do tecido lesado.

Pirólise - decomposição pelo ação do calor.

ReFeRÊnciaSSCHMIDELL, W., LIMA, U. A., AQUARONE, E. & BORZANI, W. Biotecnologia Industrial - Vol. 1, São Paulo – SP, 2001.

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BioSSePaRaÇÃo

Prof. Irapuan Oliveira Pinheiro Carga horária I 14H

oBJetiVoS eSPecÍFicoS

• Conhecer um esquema idealizado declassificação dos processos de separa-ção de produtos de origem biológica e discutir suas principais características.

• Distinguir os fundamentos físicos e

químicos envolvidos em cada uma das principais técnicas de biosseparação.

intRoDUÇÃo

Como já foi discutido nos capítulos ante-riores, os processos biotecnológicos apre-sentam algumas vantagens, como: ser a única rota para obtenção de certas subs-tâncias, como proteínas terapêuticas e vaci-nas; apresentar processo mais simplificado para obtenção de certas substâncias, acar-retando maiores rendimentos; economizar energia devido às condições mais brandas de temperatura e pressão; utilizar, muitas vezes, recursos renováveis como matéria-prima; e especificidade, ao agirem sobre enantiômeros específicos. Estas vantagens têm impulsionado o surgimento de um nú-mero cada vez maior de produtos de ori-gem biotecnológica, que vão de cosméticos a produtos farmacêuticos, passando por produtos alimentícios e que terão a bios-separação como etapa final do processo de produção. Para compreender as ações que levam à recuperação de produtos de ori-

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52gem biotecnológica, é importante conhecer as características básicas dos sistemas bioquími-cos que se pretende processar: são geralmen-te soluções aquosas diluídas; apresentam-se como uma mistura multicomponente com-plexa; os componentes são, frequentemente, pouco definidos; a composição varia durante a fase produção, e muitos produtos apresentam instabilidade em determinadas condições de temperatura e pH.

A escolha da sequência de técnicas de sepa-ração que apresenta maior eficiência (maiores rendimentos com menores custos) será defini-da com base no valor do produto, na qualida-de aceitável para o produto, nas propriedades do(s) produto(s) e das principais impurezas e nos custos de cada etapa de processamento. O peso molecular do bioproduto irá definir se os mesmos equipamentos usados na indústria química servem (PM < 1.000 Da) para a bios-separação ou se há necessidade de modifica-ção destes (PM > 1.000 Da). Se o produto for intracelular, uma etapa de rompimento celular deverá ser acrescentada.

Belter, Cussler e Hu (1988) sugeriram classificar os processos de biosseparação em quatro eta-pas: Remoção de Insolúveis, Isolamento, Purifi-cação e Polimento (Figura 1). Esta classificação facilita bastante o entendimento da sequência de etapas necessárias para se recuperar um produto biotecnológico que apresenta algu-mas diferenças em relação aos produtos de origem química. A seguir, serão discutidos os processos de biosseparação mais importantes.

Figura 1 – Esquema idealizado de biosseparação.

1. ReMoÇÃo De inSolÚVeiSA Remoção de Insolúveis é a primeira etapa de um processo idealizado de biosseparação. Frequentemente os bioprodutos se encontram em soluções diluídas, contendo microrganis-mos que podem ser vistos como partículas insolúveis. O produto desejado pode estar no microrganismo ou no caldo que o cerca. Em ambos os casos, a biosseparação tem início com a separação desses microrganismos para obtenção de um caldo clarificado. A remoção de insolúveis envolve, normalmente, filtração (Figura 2) ou centrifugação/sedimentação. Na filtração, as partículas insolúveis ficam retidas na torta que se assemelha à areia, ao lodo ou à pasta. Na centrifugação e na sedimentação, as partículas insolúveis se assentam mediante a ação de uma força centrífuga ou gravitacio-nal, respectivamente. Se a operação for bem realizada, obtém-se, nos três casos, um caldo clarificado e um concentrado sólido. Quando o produto desejado se encontra dentro das cé-lulas, é necessário romper as células para ini-ciar a recuperação do produto. Este pode ser entendido como um processo auxiliar para a realização da biosseparação.

Figura 2 – Filtração clássica a vácuo.

1.1 FiltRaÇÃo e UltRaFiltRaÇÃo

Filtração é o processo de separação de sólidos a partir de um líquido. Isso é alcançado ao se forçar a passagem da mistura heterogênea (líquido com partículas insolúveis) através de um suporte sólido ou meio filtrante. Se as par-tículas sólidas forem rígidas, a filtração ocorre sem grandes problemas. Contudo, se as partí-culas forem pequenas e deformáveis, como os microrganismos, a filtração será complicada, sendo necessário um pré-tratamento. Se for

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53adotada a tecnologia convencional, para filtrar caldos fermentados ou soluções biológicas, geralmente a filtração será bastante lenta para ser aplicada em maior escala.

Podemos dividir os processos de filtração em filtração convencional e ultrafiltração. Na filtra-ção convencional, duas resistências devem ser consideradas: resistência devido ao meio fil-trante e resistência devido à torta. A resistência devido ao meio filtrante é constante, enquanto a resistência devido à torta aumenta com o au-mento da espessura da torta. Na ultrafiltração evita-se a formação da torta, alimentando-se o líquido tangencialmente em relação ao meio filtrante. Isso faz com que a torta seja cons-tantemente arrastada, evitando-se o acúmulo desta. Caso houvesse formação de uma torta

Figura 3 – Diferentes tipos de filtros industriais: filtro prensa, filtro horizontal, filtro vertical, filtro tipo vela e filtro rotativo a vácuo.

na ultrafiltração, os poros do meio filtrante fi-cariam rapidamente entupidos, encerrando o processo. A ultrafiltração é caracterizada pelo fluxo tangencial de alimentação do líquido, pela não formação da torta e pelas membra-nas com poros muito pequenos.

Os equipamentos utilizados na filtração indus-trial variam bastante, podendo-se citar: filtro prensa (a), filtro horizontal (b), filtro vertical (c), filtro tipo vela (d) e filtro rotativo a vácuo (Figura 3 e 4). O filtro prensa (Figura 3a) per-mite a ampliação da área de filtração e é usa-do, quando se deseja uma torta relativamente seca. Este tipo de filtro não é adequado, se houver formação de aerossol ou com produtos que representam risco biológico.

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Os filtros horizontal (Figura 3b), vertical e tipo vela, por serem fechados, podem ser usados, quando há formação de aerossol ou com pro-dutos que representam risco biológico. Nos filtros de placa horizontal, a torta somente é acumulada na parte superior. Este tipo de filtro requer bastante área para sua instalação, ao contrário do filtro vertical, que, além de ocu-par pouco espaço, possui uma elevada área de filtração por volume.

No filtro tanque vertical tipo vela (Figura 3d), a torta é formada na superfície externa dos tu-bos que são limpos através de retrolavagem. Todos os filtros citados acima são empregados em pequena escala, enquanto o filtro rotativo a vácuo (Figura 4) é aplicado em operações co-merciais de grande escala.

O design dos filtros rotativos varia bastante, sendo basicamente formados por um tam-bor e um tanque, podendo ser representados esquematicamente (Figura 5), através de três regiões: zona de imersão, zona de lavagem e zona de secagem. Na zona de imersão, ocor-re a formação da torta devido à diferença de pressão entre o lado de fora do tambor (pres-são atmosférica) e o lado de dentro (vácuo parcial); na segunda zona, ocorre a lavagem da torta ou para recuperar mais produto (pro-duto extracelular) ou para eliminar mais impu-rezas (produto intracelular); e na terceira zona ocorre a secagem, ainda pela ação de um vá-cuo e raspagem da torta. O tambor do filtro fica parcialmente submerso no tanque e gira lentamente, para permitir a formação da torta (Figura 4).

Soluções biológicas são conhecidas pela difi-culdade que apresentam para filtração, prin-cipalmente por dois motivos: alta viscosidade não-Newtoniana e formação de torta altamen-te compressível. Desta forma, faz-se necessária realização de um pré-tratamento para tornar o processo de filtração mais eficiente. Os tipos de pré-tratamento mais utilizados são: aque-cimento, coagulação e floculação e adsorção em aditivos.

O aquecimento é uma técnica mais simples e mais barata e ainda pode servir para pasteuri-zar o material, contudo há um grande risco de desnaturação do produto. A coagulação e a floculação são obtidas pela adição de eletróli-tos que podem variar de simples ácidos e bases até polieletrólitos sintéticos. Os ácidos e bases mudam o pH e, consequentemente, a carga resultante das partículas, levando a uma coa-gulação, que facilita a filtração.

Os polieletrólitos, além de promoverem a re-dução da repulsão eletrostática, adsorvem par-tículas adjacentes formando pontes entre elas. Os pré-tratamentos são desenvolvidos empiri-camente através de tentativa e erro. O terceiro método de pré-tratamento é a adsorção em aditivos, permitindo a redução de dois pro-blemas: compressibilidade da torta e o entu-pimento dos filtros rotatórios devido aos frag-mentos de micélio e bactérias. Os aditivos de filtração mais eficientes são terra diatomácea (restos de algas diatomáceas) e perlita (rocha vulcânica processada), Figura 6. Um problema que ocorre, ao se utilizarem aditivos de filtra-ção, é a formação de ligações irreversíveis.

Figura 5 – Esquema de filtro rotativo.

Figura 4 – Filtro Rotativo.

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ULTRAFILTRAÇÃO

Diante dos problemas causados pela torta for-mada durante a filtração, seria bastante con-veniente, se não houvesse formação da torta. Até mesmo porque ela é a responsável pela maior parte da queda de pressão em filtrações convencionais. Se a torta for compressível, ela sofrerá um empacotamento, fazendo com que a queda de pressão (diferença entre as pres-sões antes e após a torta) não varie linearmen-te com a vazão, complicando a análise da fil-tração e o design do filtro.

Daqui por diante, chamaremos de ultrafiltra-ção ao conjunto de técnicas de filtração em que um fluxo tangencial à direção da filtração é aplicado, impedindo a formação da torta (Figura 7 e 8). Assim, os processos de ultrafil-tração são caracterizados, por não haver for-mação de torta, pelo fluxo tangencial, pelo pe-queno diâmetro dos poros das membranas e pelo design do equipamento. O tamanho dos poros é escolhido para reter as partículas dese-jadas e permitir a passagem do líquido e de so-lutos menores. O pequeno tamanho dos poros implica uma maior resistência, em um menor fluxo e, consequentemente, na necessidade de uma maior área de filtração. Exatamente por isso, os equipamentos de ultrafiltração apre-sentam uma elevada área superf ic ia l graças à ge-ometria das membranas que podem ser do tipo placas, cas-co-tubo, es-piral e tipo fibra oca.

Figura 7 – Sistema de ultrafiltração.

Figura 8 – Esquema de um sistema de ultrafiltração.

A filtração é o método de remoção de inso-lúveis que está melhor estabelecido e o mais versátil para fluxos diluídos como caldo fer-mentado. Contudo, se a filtração não puder ser realizada devido a algum tipo de dificulda-de, como formação de torta incompressível e impossibilidade aplicação de qualquer tipo de pré-tratamento, deve-se recorrer aos proces-sos de centrifugação ou sedimentação.

1.2 centRiFUgaÇÃo e SeDiMentaÇÃo

As partículas insolúveis encontradas em bio-processos variam bastante quanto à concen-tração (0,1% a 60% ou 600 vezes) e quanto ao tamanho (1m a 1mm diâmetro ou 1000 ve-zes). Esta característica dificulta a recuperação dos bioprodutos por filtração. Quando não se pode aplicar a filtração, recorre-se à centrifu-gação ou sedimentação. Os equipamentos uti-lizados na centrifugação são mais caros que aqueles utilizados na filtração e na sedimen-tação. Tanto a centrifugação quanto a sedi-mentação estão fundamentadas na diferença de densidade, ou seja, as partículas insolúveis precisam ter densidade maior que a densida-de do líquido na qual estão contidas. Na se-dimentação, a ação da força gravitacional é a responsável pelo deslocamento das partículas insolúveis para o fundo do sedimentador. Já na centrifugação, a força centrífuga, muitas vezes maior que gravitacional, é a responsável pela separação. A sedimentação e a centrifugação são eficientes na separação de partículas pe-quenas e geram uma pasta, enquanto a filtra-ção gera uma torta relativamente seca.

Os principais tipos de centrífugas para separa-ção de produtos biológicos são: tubular, disco e cesta. A centrífuga tubular (Figura 9), apesar

Figura 6 – Perlita.

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56de simples, pode promover uma força centrífu-ga bastante alta e pode ser refrigerada, carac-terística bastante útil quando se trabalha com proteínas. Normalmente, a alimentação é feita pela base, e o líquido clarificado é removido pelo topo. O material insolúvel vai se deposi-tando na parede da centrífuga tubular, até que seja necessário interromper o processo, para que a centrífuga seja desmontada e limpa.

Figura 10 – Esquema de uma centrífuga tipo disco.

O sólido pode ser removido contínua ou in-termitentemente. A centrífuga do tipo cesto é uma combinação de centrífuga e filtro, sendo basicamente um cesto perfurado. A suspensão é alimentada ao longo do eixo; o líquido flui através da torta, que é formada na parede do cesto e, em seguida, através das perfurações do cesto.

Figura 11 – Sonicador, equipamento para rompimento celular.

Figura 9 – Esquema de uma centrífuga tubular.

Nos momentos que antecedem a parada do processo, as perdas tornaram a centrifugação ineficiente. A centrífuga do tipo disco (Figura 10) é, provavelmente, a mais comum para se-paração de produtos biológicos e possui uma grande área superficial, ocupando um volume relativamente pequeno devido ao conjunto de discos cônicos empilhados que possui. Este tipo de centrífuga é alimentado pelo topo, e o líquido clarificado sai por uma fenda próxima ao local de alimentação.

A biosseparação normalmente começa com a separação das partículas insolúveis do caldo através de filtração, sedimentação ou centrifu-gação. Muitos bioprodutos se encontram no caldo com os antibióticos, enzimas extracelula-res, polissacarídeos e a maioria dos aminoáci-dos. Nestes casos, o material insolúvel deve ser removido, e o caldo resultante deve ser pro-cessado para recuperar o produto de interesse. O material insolúvel, geralmente formado por biomassa (células de animais, plantas ou mi-crorganismos), pode ser descartado ou vendi-do como subproduto, caso o produto seja ex-tracelular. Quando o produto é intracelular, há necessidade de se promover o rompimento das células para recuperar o bioproduto. Os méto-dos de ruptura estão bem estabelecidos a par-tir da bioquímica, para pequena escala, mas, para grande escala, não existem equipamentos

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57especificamente desenvolvidos. Assim, são usa-dos equipamentos “emprestados” da indústria convencional, geralmente empregados na ho-mogeneização de leite e na redução do tama-nho de pigmentos nas indústrias de tintas. Os métodos de rompimento celular podem ser divididos em químicos e mecânicos. Como exemplo de técnicas químicas, tem-se: choque osmótico, digestão enzimática, solubilização, dissolução de lipídios e tratamento álcali. Den-tre as técnicas mecânicas, merece destaque: homogeneização tipo lâmina e tipo orifício, ultrassonicação, trituração com abrasivo e es-magamento em moinho de bolas (Figura 12).

água e com lipídio. Os detergentes podem apresentar aniônico, catiônico ou não-iônico. O detergente aniônico mais estudado é o SDS ou NaDS – Dodecil Sulfato de Sódio ou SLS – Lauril Sulfato de Sódio (C12H25SO4Na).

Este detergente é produzido pela esterifica-ção de ácido sulfúrico com dodecanol (álcool láurico, C12H25OH), seguido da neutralização com carbonato de sódio. Seu caráter anfi-pático se deve ao fato de a molécula ter um ramo com 12 átomos de carbono (hidrofó-bico) ligado a um grupo sulfato (hidrofílico). Outros exemplos de detergents usados para a ruptura da membrana das células são: CTAB – brometo de cetiltrimetilamônio (catiônico, CH3(CH2)15N(CH3)3Br) e Triton X-100 (não-iôni-co, C14H22O(C2H4O)n).

Os detergentes catiônicos são comumente baseados em sais de tetralquilamônio, como, por exemplo, o CTAB que possui uma longa cadeia alquil de 16 carbonos e três grupos me-til. Os detergentes não-iônicos são baseados em polímeros solúveis em água e são menos definidos quimicamente. Estas moléculas pos-suem, como é característico dos detergentes, um grupo hidrofílico e outro hidrofóbico. Con-tudo, o grupo hidrofílico não é um sulfato ou um tetralquiamônio e, sim, um álcool.

A dissolução de lipídios é um método de rom-pimento celular simples, mas importante e que requer experimentação para definir as melho-res condições de uso. Este é um método bara-to e moderadamente agressivo ao bioproduto. Tolueno e benzeno são solventes que podem ser utilizados na dissolução de lipídios; am-bos são carcinogênicos, mas o tolueno é mais utilizado devido à sua menor volatilidade. O princípio é bastante simples, o solvente é ab-sorvido no interior da parede lipídica, incha a parede, e ela se rompe.

O clorobenzeno, o cumeno ou iso-propil ben-zeno e xilenos também são eficientes na dis-solução da parede celular. O tratamento com álcali é um método baseado no ataque inespe-cífico (não seletivo) de uma base forte à parede celular, promovendo a saponificação de lipídios e a consequente solubilização da membrana. É um método barato, mas bastante agressivo ao bioproduto.

Figura 12 – Moinho de bolas.

O choque osmótico, o mais simples dos méto-dos químicos, está fundamentado na adição de certa quantidade de células em água pura. A concentração intracelular gera um fluxo osmótico, que incha as células até ocorrer o rompimento da parede e a consequente libe-ração do bioproduto e de todo o material do interior da célula. O choque osmótico é um processo barato e pouco agressivo, podendo ser aplicado, por exemplo, no rompimento das hemácias. A digestão enzimática é um proces-so baseado no uso de enzimas, para romper a parede celular em pontos específicos, visando à liberação do bioproduto. Esta técnica age de forma específica, é pouco agressiva aos bio-produtos, apresentando um elevado custo para aplicação em larga escala.

Na solubilização, segundo método mais im-portante de ruptura química das células, são utilizados detergentes que possuem uma par-te hidrofílica, frequentemente iônica, e uma parte hidrofóbica, frequentemente um hidro-carboneto. Assim, os detergentes apresentam um caráter anfipático capaz de interagir com

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Figura 13 – Homogeneização: tamanho aparente da partícula, atividade de fumarese e atividade de álcool dehidrogenase ver-sus tempo.

Os métodos mecânicos podem ser divididos em dois grupos, aqueles que são apropriados para pequena escala e aqueles disponíveis para lar-ga escala. Os métodos mecânicos de pequena escala são: homogeneização com lâmina, ul-trassonicação, trituração com abrasivo e os de grande escala são homogeneização com lâmina e esmagamento em moinho de bolas. A homo-geneização com lâmina é eficiente contra orga-nismos que apresentam micélio e com células de animais e tecidos. A ultrassonicação e a tritu-ração com abrasivo são eficientes com a maio-ria das células em suspensão. A homogeneiza-ção com lâmina e o esmagamento em moinho de bolas são operações comuns nos processos químicos e na indústria de alimentos e, conse-quentemente, já foram bastante estudadas.

Interprete o gráfico de homogeneização (rom-pimento mecânico) de células versus tempo (Figura 13) e, ainda, o que está ocorrendo com o tamanho da partícula, com as atividades de fumarase e de álcool dehidrogenase.

ção aquosa bastante diluída em concentrada através da remoção da maior parte da água. A solução concentrada poderá, então, ser purifi-cada por uma variedade de técnicas, que não são eficientes para soluções diluídas.

Os processos biotecnológicos de produção geralmente envolvem meios de cultura dilu-ídos que estão, assim, formulados, para não causarem inibição do crescimento das células (animal, vegetal ou microrganismos). Em con-sequência, o bioproduto também estará diluí-do no caldo. Ao contrário dos bioprodutos, os produtos químicos já se encontram concentra-dos, podendo ser purificados imediatamente, geralmente por destilação ou absorção. Por este motivo, nos livros convencionais de sepa-ração, encontra-se pouca discussão sobre iso-lamento do produto. A tentativa de concentrar o produto frequentemente gera uma co-puri-ficação, que é a concentração de impurezas similares ao bioproduto. A co-purificação é muitas vezes inevitável, sendo vista como o preço pago para preparar o produto para pu-rificação. Os métodos mais importantes para o isolamento de bioprodutos são: extração, adsorção e destilação. A extração é a principal técnica utilizada na recuperação de antibióti-cos sendo de fácil operação em larga escala. A adsorção tem-se destacado na recuperação de bioprodutos mais frágeis como proteínas e pode apresentar dificuldade para operar em larga escala. A destilação é um importante processo de obtenção de bioprodutos no Brasil onde participa da recuperação de etanol a par-tir do mosto fermentado por Saccharomyces cerevisiae.

2.1 eXtRaÇÃo

A extração tem sido, nos últimos 50 anos, o método mais importante de isolamento devi-do à sua utilização na recuperação de antibió-ticos. Caso o solvente de extração tenha uma afinidade muito maior pelo bioproduto de in-teresse em relação às impurezas presentes, a extração pode promover, simultaneamente, o isolamento e o início da purificação. O proces-so de extração está baseado na transferência do bioproduto da fase aquosa, também cha-mada de fase pesada, para a fase orgânica, chamada de fase leve. A fase leve deve ser um líquido imiscível na fase pesada e ter uma

2. iSolaMentoApós a remoção do material insolúvel do caldo que contém o bioproduto, normalmente é ne-cessário realizar uma etapa que será chamada de isolamento do produto.

Esta etapa difere a biosseparação da separa-ção dos produtos químicos. O isolamento se caracteriza pela transformação de uma solu-

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Figura 14 – Sistemas de extração líquido-líquido em diferentes escala.

maior afinidade com o bioproduto. A extração pode ser realizada em um ou mais estágios de-pendendo da eficiência de cada estágio. A Figura 14 apresenta diferentes sistemas de extração.

Como exemplos de processos de extração, tem-se: ácido cítrico extraído com metil amil cetona a partir de solução aquosa em pH 4, extração de penicilina com amil acetato a par-tir de solução aquosa em pH 5,5 e recuperação de catalase com uma solução rica em polietile-noglicol a partir de solução rica em dextrana. A concentração do bioproduto aumenta com o tempo na fase leve e, consequentemente, di-minui na fase pesada, até atingir o equilíbrio. Nesta condição, a velocidade com que o bio-produto passa da fase pesada para a fase leve é igual à velocidade com que o bioproduto passa da fase leve para a fase pesada, de for-ma que as concentrações permanecem cons-tantes com o tempo. Sendo x a concentração do bioproduto na fase leve e y a concentração do bioproduto na fase pesada, no equilíbrio, tem-se que K = x/y (Eq. 5.1), onde K é a cons-tante de equilíbrio.

A extração será tão mais eficiente quanto maior o valor da constante de equilíbrio. Os volumes da fase leve e da fase pesada são, res-pectivamente, L e H. Sabendo-se que, em um processo em batelada, o bioproduto ou está na fase leve ou na fase pesada, pode-se afir-mar que a soma das massas de bioproduto nas fases leve e pesada num instante 1 é igual à soma das massas de bioproduto nas fases leve e pesada num instante 2. O instante 1 pode, por exemplo, ser o momento em que toda a

massa do bioproduto ainda se encontra na fase pesada, e o instante 2 pode, por exem-plo, corresponder ao equilíbrio. Dessa forma, pode-se escrever a seguinte equação: x0.L + y0.H.H = xE.L + yE.H (Eq. 5.2), onde x0 e y0 são as concentrações nas fases leve e pesada no início do processo, e xE e yE são as concentra-ções nas fases leve e pesada no equilíbrio. As equações 5.1 e 5.2 constituem o método ana-lítico para determinação das concentrações no equilíbrio (xE e yE) a partir das concentrações na alimentação inicial. Combinando estas duas equações, obtêm-se: xE = K.y0/(1+E) e yE = K.y0/(1+E), onde E = K.L/H.

Outra forma de determinar as concentrações na fase leve e na fase pesada de uma extração em batelada é através do método gráfico, que é fácil de aplicar quando o equilíbrio é comple-xo e não somente, uma relação linear. O mé-todo gráfico também depende das equações 5.1 (relação de equilíbrio) e 5.2 (balanço de massa). Na realidade, a equação 5.1 não pre-cisa ser linear e pode ser uma tabela de valo-res experimentais. Traçando as duas equações na mesma coordenada, a interseção fornece os valores das concentrações na fase leve e na fase pesada no equilíbrio (xE e yE), Figura 15. A curva de equilíbrio também é chamada de linha de equilíbrio, e a curva resultante do ba-lanço de massa, de linha de operação.

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Ao longo do processo (evolução com o tem-po), qual a sequência Figura 15 que melhor re-presenta o processo de extração em batelada? Justifique sua resposta.

a. 1→ 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7; b. 7 → 6 → 5 → 4 → 3 → 2 → 1;c. 1 → 2 → 3; d. 3 → 2 → 1; e. 7 → 6 → 5 → 4 → 3;

2.2 aDSoRÇÃo

O processo de adsorção está baseado na liga-ção de um soluto dissolvido em um sólido ad-sorvente. Um processo típico envolve quatro etapas: 1 – a solução a ser processada é adi-cionada ao adsorvente; 2 – a adsorção ocorre podendo ser lenta e seletiva; 3 – a solução “gasta” (com muito menos bioproduto) é se-parada e, finalmente, 4 – o bioproduto (ad-sorvido) é recuperado, usando-se um solvente frequentemente diferente. Ao contrário da ex-tração com solventes orgânicos, na adsorção, é possível recuperar proteínas, sem que sofram desnaturação.

A adsorção apresenta uma menor capacida-de de isolamento em relação à extração, mas possui uma maior seletividade. O processo de extração é frequentemente realizado em modo contínuo, enquanto a adsorção é re-alizada em batelada. A extração requer que o caldo a ser processado esteja clarificado,

ou seja, que tenha sido eliminado o material insolúvel, enquanto a adsorção pode, em al-guns casos, ser realizada com o caldo bruto, eliminando a filtração ou a centrifugação ou a sedimentação.

A adsorção requer que o adsorvente se li-gue reversivelmente ao bioproduto, para permitir a sua posterior recuperação. Existe um grande número de adsorventes utiliza-dos industrialmente, mas, para recuperação de bioprodutos, somente dois grupos são importantes: carvão e resinas sintéticas. Os adsorventes de carvão usados no isolamento de bioprodutos são produtos comerciais, ou seja, não são desenvolvidos especificamen-te, para biosseparação. Estes adsorventes variam quanto à capacidade de adsorção e quanto à porosidade.

As resinas de troca iônica são baseadas em po-límeros sintéticos, que normalmente contêm grupos carregados ligados à molécula, como: –SO3

–, –COO– ou –NR3+, apesar de poderem

adsorver, de forma eficiente, tanto solutos iô-nicos quanto não-iônicos. Resinas de estireno e divinilbenzeno normalmente adsorvem for-temente solutos não-polares, e adsorventes baseados em hidrogéis são frequentemente feitas de poliacrilamidas.

Semelhante à extração, a determinação das concentrações do bioproduto na solução e no adsorvente está baseada no equilíbrio e no balanço de massa. O equilíbrio é apresentado sob a forma de isotermas de adsorção ao in-vés de coeficientes de partição, como é feito para a extração. As isotermas têm, na abscis-sa, a massa de soluto por volume de solução (concentração de bioproduto na solução - y) e, na ordenada, a massa de soluto adsorvido por massa de adsorvente (concentração de bioproduto na superfície adsorvente - q). Na adsorção, o método gráfico é o mais usado na determinação das concentrações nas duas fa-ses no equilíbrio.

A Figura 16 apresenta três isotermas que ocorrem no isolamento de bioprodutos: isoterma linear (q = K.y), isoterma de Lang-muir (q = q0.y/(K+y)) e isoterma de Freun-dlich (q = K.yn).

Figura 15 – Extração em batelada: linha de equilíbrio e linha de operação. O ponto de interseção fornece as concentrações nas fases leve e pesada no equilíbrio.

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Figura 16 – Isotermas de adsorção linear, de Langmuir e de Freundlich.

Figura 17 – Sistema de destilação simples, labo-ratorial, fracionada e industrial.

do dos resíduos sólidos, das substâncias pouco voláteis e, parcialmente, da água. Ao final do processo, tem-se um álcool com aproximada-mente 96% de pureza. Já o álcool ou etanol ab-soluto possui uma concentração em torno de 100%, sendo obtido mediante desidratação.

2.3 DeStilaÇÃo

Outro processo de isolamento muito impor-tante para a indústria nacional é a destilação. Este processo é baseado no equilíbrio líquido--vapor de misturas. Caso duas ou mais subs-tâncias formem uma mistura homogênea lí-quida e possuam volatilidades suficientemente diferentes entre si, elas, possivelmente, podem ser separadas por destilação (Figura 17). Este é um processo utilizado desde a Antiguidade na produção de bebidas alcoólicas e, atualmente, é um dos principais processos de purificação da indústria química. Uma importante apli-cação na indústria química é a purificação do petróleo através de sucessivas etapas de desti-lação, resultando em vários produtos, como: GLP – gás liquefeito de petróleo, gasolina, óleo diesel, querosene, asfalto, dentre outros. No Brasil, a mais importante aplicação da des-tilação no isolamento de produtos biotecno-lógicos encontra-se na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar. O processo está fun-damentado no consumo de sacarose, presente no melaço (resíduo da produção de açúcar) ou no caldo de cana-de-açúcar, pela levedura Saccharomyces cerevisiae produzindo etanol. Estas duas fontes são usadas como bases para formulação do mosto, que deve sofrer corre-ções com adição de algumas vitaminas, nitro-gênio, enxofre, fósforo, potássio, magnésio, cálcio, zinco, manganês, cobre, ferro, cobalto, iodo e outros elementos em quantidades di-minutas. Após a fermentação, o mosto con-tém 10% de álcool, levedura e resíduos não fermentáveis. No destilador, o álcool é separa-

3. PURiFicaÇÃoJá foram discutidas duas das quatro etapas de um processo idealizado de biosseparação: remoção de insolúveis (filtração, sedimenta-ção e centrifugação) e isolamento (extração, adsorção e destilação). A próxima etapa é a purificação, que tem a finalidade de aumentar a pureza das soluções concentradas nas duas primeiras etapas. A purificação pode já ter ocorrido, ocasionalmente, nas duas primeiras etapas. Existem muitos métodos que podem ser aplicados com a finalidade de purificação, embora somente alguns sejam discutidos neste capítulo: cromatografia, precipitação e eletro-

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62forese que parecem ser os mais importantes. Estes métodos estão bem desenvolvidos para pequena escala, mas apresentam uso limitado em larga escala. Pode-se afirmar que não exis-te uma regra clara para a escolha do método mais adequado para a purificação de produ-tos, até mesmo para produtos semelhantes. Para facilitar a escolha, deve-se observar as características químicas do produto e das im-purezas mais problemáticas e fazer uma lista dos métodos mais eficientes na separação. Em seguida, alguns métodos devem ser elimina-dos desta lista com base na escala em que se deseja operar, uma vez que alguns métodos são apropriados para escala de miligramas por litro, enquanto outros, para escala de tonela-das por hora.

Nesta etapa do processamento, o bioproduto se encontra em valores de concentração e pu-reza muito mais elevados e, consequentemen-te, os volumes são muito menores que aqueles observados na etapa de remoção de insolúveis. Uma característica importante da etapa de pu-rificação é que pode haver diluição do caldo que está sendo processado.

3.1 cRoMatogRaFia

Provavelmente, a denominação cromatografia vem do grego chroma, que significa cor, e gra-phia, que significa grafia. Esta denominação se deve às primeiras separações realizadas no início do século XX de pigmentos vegetais. A cromatografia pode ser dividida em líquida e gasosa, de acordo com o estado físico da fase móvel, sendo a cromatografia líquida aquela de interesse para a purificação de bioprodutos. A cromatografia está fundamentada em duas fases: estacionária e móvel. A fase estacionária é um leito de material poroso, responsável pela retenção dos solutos (bioproduto e impurezas) por meio de fenômenos de adsorção (quími-ca ou física), partição ou exclusão molecular. Esta fase pode ser formada de sílica porosa, polímeros orgânicos sintéticos, polímeros de carboidratos. A fase móvel ou eluente é res-ponsável pela migração dos solutos através da fase estacionária. As diferentes interações en-tre os solutos e a fase estacionária resultam na separação dos componentes. O componente com maior afinidade com a fase estacionária, em relação aos demais, será o último a deixar a

coluna. Da mesma forma, o componente com menor afinidade com a fase estacionária, em relação aos demais, será o primeiro a deixar a coluna. Estas colocações também podem ser feitas com relação à fase móvel. O componen-te com menor afinidade com a fase móvel, em relação aos demais, será o último a deixar a coluna. E, ainda, o componente com maior afinidade com a fase estacionária, em relação aos demais, será o primeiro a deixar a coluna. Pode-se afirmar que há uma guerra de afini-dades das fases móvel e estacionária com os solutos que se deseja separar.

A Figura 18 abaixo representa a separação de três substâncias por cromatografia. Cada quadro representa um instante, como uma fo-tografia da coluna cromatográfica. É possível observar que, no início, as substâncias “A”, “B” e “C” ainda estão perfeitamente misturadas. Com o passar do tempo, as substâncias são eluídas. As moléculas da substância C, com menor afinidade com a fase estacionária, são eluídas mais rapidamente. As moléculas da substância A, com maior afinidade com a fase estacionária, são eluídas mais lentamente, gas-tando mais tempo para atravessar a coluna. A substância B tem um comportamento interme-diário entre A e C.

Figura 18 – Representação esquemática da separação das subs-tâncias hipotéticas A, B e C ao longo do tempo em uma coluna cromatográfica.

A cromatografia pode ser aplicada para fins analíticos separando, identificando e quanti-ficando substâncias. Nesta cromatografia, são injetadas, na coluna, pequenas quantidades, de tal forma que não se recupera produto se-

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63parado suficiente para aplicações experimen-tais ou para comercializar. Para estes fins, são utilizadas colunas maiores e outras condições especiais. Existem vários princípios de separa-ção: exclusão molecular, troca-iônica, intera-ção hidrofóbica, afinidade, imunoafinidade, mas, de um modo geral, todas elas estão ba-seadas em uma competição entre as fases mó-vel e estacionária pelos componentes que se deseja separar.

3.2 PReciPitaÇÃo

A precipitação é um método relativamente fácil e direto para a purificação de biopro-dutos. A maioria das precipitações que serão discutidas a seguir, forma produtos amorfos que não cristalizam ou que cristalizam mui-to lentamente. Estas estruturas amorfas po-dem conter várias moléculas ou uma grande quantidade de sal adsorvido ou, até mesmo, solvente. Desta forma, é fácil concluir que os precipitados são impuros em comparação com os cristais e que o processo de precipita-ção se encaixa perfeitamente na etapa de pu-rificação, situando-se depois do isolamento e antes do polimento.

Como exemplo, seja uma solução contendo 0,1 a 5% em peso de antibióticos ou proteí-nas. Algumas técnicas podem ser propostas para se promover a precipitação: 1 – adição de um não-solvente como água para precipi-tar um antibiótico a partir de uma solução de etanol; 2 – adição de (NH4)2SO4 para precipitar a proteína; 3 – desnaturação seletiva pela ação da temperatura. A escolha da melhor técnica de precipitação requer que se encontre a res-posta para algumas questões: os solventes ou sais usados em pequena escala são a melhor escolha para larga escala? Como realizar a pre-cipitação em uma grande escala (tanque de 5.000 litros, por exemplo)?

A seguir, será apresentada uma discussão so-bre a precipitação com um não-solvente, com a adição de sais e com a ação da temperatura. A precipitação com não-solvente é frequente-mente utilizada para precipitar antibióticos e esteróides. Já as precipitações com adição de sais ou ação da temperatura são mais comuns para proteínas.

Um não-solvente é todo líquido que, por não ser capaz de solubilizar o bioproduto, ao ser adicionado a uma solução na qual é miscível, reduz a solubilidade da mistura. Desta forma, as moléculas do bioproduto se aglomeram, formando estruturas amorfas ou cristalinas, caracterizando a precipitação.

Os não-solventes variam com o peso molecu-lar. Para os antibióticos, que possuem um peso molecular moderado e têm etanol, acetona ou t-butanol como solvente, o não-solvente é a água. Para proteínas que estão, normalmen-te, em solução aquosa no ponto isoelétrico, o não-solvente é um solvente orgânico imiscível em água, como etanol ou acetona. Outros solventes orgânicos são menos utilizados, por causarem desnaturação. Polímeros solúveis em água como polietileno glicol são atraentes, desde que não aumentem excessivamente a viscosidade.

A precipitação realizada em baixas tempera-turas apresenta um maior rendimento devido à redução da desnaturação. Em alguns casos, como com a globulina (proteínas insolúveis em água), a água pura serve como não-solvente.

Precipitação é melhor em força iônica de 0,05 – 0,2M. Força iônica maior requer excesso de solvente, e soluções diluídas geram precipi-tados difíceis de filtrar. Solutos com elevado peso molecular necessitam de menos solvente para iniciar a precipitação. Scopes (1982) se-gure a seguinte relação, para iniciar a precipi-tação com acetona:

% volume necessário Peso molecular = 1,8 0,12 .Inpara precipitação do soluto [ [ [

[

A solubilidade de uma proteína geralmen-te diminui na presença de outras proteínas. O bioproduto precipitado que não redissolve está, provavelmente, desnaturado. Com base nestas informações, é possível concluir que é muito importante realizar experimentos para se determinarem as melhores condições para a precipitação.

A precipitação com sais ou “salting out” é uma técnica alternativa à precipitação com não--solventes, sendo muito importante no fracio-

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64namento de proteínas do sangue. Esta é uma técnica eficiente, de baixo custo e que promo-ve pouca desnaturação. Seja a reação de io-nização do nitrato de potássio: KNO3 ↔ K+ + NO3

–. Quanto mais íons K+ e NO3–, maior será a tendência de precipitação do sal na forma molecular (KNO3). Efeito similar é responsável pela precipitação de proteínas pela adição de sais, uma vez que, mesmo em seu ponto isoe-létrico, uma proteína em solução possui carga. A maior parte das cargas negativas se deve aos grupos carboxila (–COO–) e grande parte da carga positiva se deve ao grupo amina (-NH3

+).

A adição de (NH4)2SO4 pode fazer com que os grupos ionizados formem pares iônicos menos solúveis, causando precipitação. Outra explica-ção para a redução da solubilidade é a redução da água de hidratação das moléculas, o que leva à predominância da interação proteína--proteína, resultando em precipitação. É pos-sível apresentar algumas sugestões heurísticas, semelhante ao que foi feito para a precipitação com não-solventes, sobre a escolha dos sais. Os ânions são eficientes na seguinte ordem: citrato > PO4= > SO4= > CH3COO– > Cl– > NO3

–. Os cátions são eficientes na seguinte se-quência NH4

+ > K+ > Na+. Deve-se escolher um sal de baixo custo, se for usar muito dele, ou seja, trabalhar em grande escala.

A escolha do sal deve ser tal que o precipi-tado gerado tenha densidade diferente da densidade da solução. Deve-se adicionar o sal sólido ao invés de solução, para minimizar a diluição. Sugere-se que se utilize a equação abaixo para interpolar os resultados experi-mentais. O valor de “A” varia com a tempera-tura e com o pH, mas o valor de “m” indepen-de destes dois parâmetros.

Figura 19 – Equipamento de eletro-forese e resultado apresentado em gel de agarose.

quando a precipitação pela ação do sal não é conveniente. A proteína parcialmente desna-turada pode se tornar difícil de ser dissolvida. A maioria das proteínas intracelulares, preci-pitadas dentro de microrganismos genetica-mente modificados, encontra-se neste estado parcialmente desnaturado.

A análise da precipitação induzida pela tem-peratura está baseada na hipótese de que a desnaturação segue uma cinética de 1ª ordem (d[P]/dt = -k.[P]) com dependência da tempe-ratura, segundo Arrhenius (k = k0 . exp(-E/RT)) onde “k0” é a constante de Arrhenius, “E” é a energia de desnaturação, que apresenta um valor em torno de 400kJ/mol, embora varie de acordo com a proteína.

solubilidade concentraçãoIn A=-m . da proteína do sal[ [ [ [

A precipitação também pode ser estimulada pela ação da temperatura, merecendo desta-que as proteínas que podem sofrer desnatu-ração seletiva, permitindo a purificação. Esta técnica de precipitação é bastante arriscada uma vez que as propriedades desejadas da proteína, como a atividade enzimática, podem ser destruídas. Devido aos riscos, esta técnica de precipitação é frequentemente utilizada

3.3 eletRoFoReSe

A eletroforese apresenta características se-melhantes às do processo de ultrafiltração, discutido no início deste capítulo. A maioria dos processos de eletroforese é realizada em batelada, sendo utilizados equipamentos ge-néricos, ou seja, que não são especificamente desenvolvidos para bioprodutos. Assim, são utilizados equipamentos desenvolvidos para purificação de um único produto químico que apresenta um grande volume, diferente dos bioprocessos que normalmente apresentam

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65muitos bioprodutos com pequeno volume. Tanto a ultrafiltração quanto a eletroforese são frequentemente eficientes para proteínas. Estas substâncias apresentam características importantes para essas separações: macromo-léculas grandes cuja carga varia com o pH.

A eletroforese é o método mais comum de pu-rificação impulsionado eletricamente. Ocorre devido ao movimento do soluto sob influência de um campo elétrico. O diferente movimen-to dos bioprodutos que se deseja separar se deve às diferentes cargas e aos coeficientes de difusão. A eletroforese é considerada um dos melhores métodos para potencial purificação de proteínas. O principal problema é evitar a mistura. As bolhas de ar, que provocam mis-tura, podem ser evitadas, colocando-se os eletrodos em um compartimento separado. O design pode ajudar a minimizar a mistura. A convecção, devido ao aquecimento elétrico, causa mistura. Assim, operar em temperaturas baixas(T≈4oC) reduz a convecção, apesar de não a tornar insignificante.

4. PoliMentoUma vez que os bioprodutos normalmente se encontram em soluções diluídas, muitas eta-pas de separação e purificação são necessá-rias. Para muitos produtos bioquímicos, as três primeiras etapas são suficientes (remoção de insolúveis, isolamento e purificação), como a glicose isomerase para a produção de xarope de frutose (high fructose syrups) e hidroxilases para a fabricação de esteróides antiinflamató-rios. Alguns bioprodutos, como os da indús-tria farmacêutica, necessitam da maior pureza possível, sendo necessária mais uma etapa de processamento: polimento. A seguir, serão dis-cutidos dois métodos de polimento: a cristali-zação e a secagem.

4.1 cRiStaliZaÇÃo

A cristalização é um processo de formação de partículas sólidas de forma e tamanho defini-dos a partir de uma fase líquida homogênea. Trata-se da mais antiga e mais comum técnica de purificação, visto que o sal de cozinha (NaCl) foi recuperado da água do mar pelos chineses 5.000 anos atrás. A maioria das misturas far-

macêuticas e dos produtos da química orgâ-nica fina é comercializada na forma cristalina. O domínio da cristalização não é um acidente histórico e, sim, a consequência de três fato-res: os cristais normalmente apresentam uma elevada pureza, cristais uniformes facilitam etapas posteriores, como filtração e secagem e a melhoria da aparência do produto, promo-vida pela cristalização, é importante para sua aceitação. O procedimento laboratorial para se obter a cristalização, é relativamente sim-ples: uma solução concentrada transparente e aquecida próxima ao limite de solubilidade resfriada lentamente, em um ambiente livre de poeira, levando ao aparecimento de cristais frequentemente induzidos pela adição de se-mentes (cristais menores). Após a cristalização, realiza-se filtração, sedimentação ou centrifu-gação (remoção de insolúveis). O uso de dados de cristalização em pequena escala não permi-te dimensionar cristalizadores para larga esca-la facilmente. A cristalização em larga escala é um processo de geometria mal definida com forte influência da transferência de massa e de calor. A cristalização pode ser realizada em ba-telada (descontinuamente) ou continuamente em cristalizadores. A cristalização faz parte do conjunto de processos empregados na produ-ção obtenção de cristais de açúcar (sacarose) nas usinas distribuídas pelo Brasil.

O cristal é a partícula melhor organizada de material não vivo. Podem ser formados por átomos, íons ou moléculas e existem como poliedros (sólido limitado por polígonos pla-nos) com cantos pontiagudos e lados ou faces planas. Embora o tamanho das faces possa variar, os ângulos formados pelas faces equivalentes de diferentes cristais do mesmo componente são iguais e caracterizam as sete classes de cristais. Quatro carac-terísticas dos cristais merecem destaque: saturação, pu-reza, nucleação e crescimento de um único cristal. A saturação é a concentração máxima que está termodinamicamente estável na so-lução. A saturação é o resultado do equilíbrio de fases. Estes equilíbrios normalmente são apresentados como diagramas de temperatu-ra contra solubilidade. A pureza (E) é um im-portante parâmetro em biosseparação e pode ser quantificada através da razão entre o peso do bioproduto na torta de cristais pelo peso do bioproduto no filtrado.

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66O fator de separação (ß) entre os bioprodutos A e B é a razão entre a pureza do bioproduto A e o bioproduto B (ß= EA/EB). Se ß for gran-de, a separação é eficiente. A nucleação é a gênese de novos cristais que pode resultar de vários mecanismos chamados homogêneo, heterogêneo, secundário e atrativo. O meca-nismo homogêneo é a formação de cristais a partir da fase líquida como resultado somen-te da supersaturação. No mecanismo hete-rogêneo, a presença de partículas insolúveis inicia o crescimento de cristais. A nucleação secundária resulta de uma junção, incluindo nucleação induzida pelo contato entre dife-rentes cristais. O atrito consiste na quebra de cristais existentes em novas partículas que tornam a crescer sendo, portanto, similar à nucleação secundária. A importância de cada mecanismo depende da natureza da crista-lização. A nucleação homogênea tem maior importância para fins científicos, pouco ocor-rendo industrialmente.

A cristalização é observada tanto em peque-na quanto em larga escala, evitando algumas etapas da formação dos cristais via nucleação homogênea. A matéria sólida iniciadora pode ser poeira ou pequenas sementes de cristais. A cristalização secundária é de grande impor-tância em cristalizadores industriais. Ela é o re-sultado da interação entre cristais existentes e do contato com o agitador ou com a parede do cristalizador. Pouco se conhece sobre a des-crição matemática dos mecanismos da nucle-ação, de tal modo que se recorre a equações empíricas.

4.2 SecageM

Mesmo após as três etapas de biosseparação (remoção de insolúveis, isolamento e purifica-ção), o bioproduto pode ainda conter três tipos de impurezas: aquelas relacionadas com a es-pécie, material degradado colorido e solvente volátil. Os dois primeiros tipos podem ser eli-minados por cristalização, e o solvente é remo-vido por secagem que está sendo considerada como remoção ou de água ou de um solvente orgânico. Considera-se, também, que seca-gem é a redução destes solventes de um valor inicial para outro considerado aceitável. Uma característica importante é que bioprodutos são, geralmente, sensíveis à temperatura. Des-

ta forma, as técnicas mais importantes para a secagem de bioprodutos são aquelas menos agressivas. Outra característica importante destas técnicas e que elas nem sempre são comuns em larga escala na indústria química.

Os primeiros secadores foram os de bandeja, os de túnel e os rolos de secagem. Ar quente fluindo sobre uma extensa área do produto era usado para remover a água superficial, tornando esse tipo de secador muito útil para a desidratação de grãos. Estes secadores são empregados tanto em processos contínuos quanto em batelada. A segunda geração de secadores foi composta pelos atomizadores (spray-dryers) desenvolvidos para a secagem de líquidos ou pastas. Nesta operação gera--se uma nuvem de gotículas a partir do líqui-do ou da pasta e uma corrente de ar quente remove a água da superfície dando origem ao pó seco.

A liofilização corresponde à terceira geração. Seu desenvolvimento visava resolver os proble-mas com danos estruturais e perda de com-postos voláteis responsáveis pelo aroma e pelo sabor observado nos secadores tradicionais. Esta técnica de secagem é de fundamental im-portância para a biotecnologia. Os secadores da última geração utilizam alto-vácuo, ultra temperatura, extrusão, leito fluidizado, micro-ondas e radiofrequência. Estes dois últimos ganharam destaque recentemente, devido ao baixo consumo de energia.

A escolha do método de secagem deve consi-derar o processo de fabricação, as especifica-ções e as características desejadas para o pro-duto final. Alguns autores reservam o nome secagem para a eliminação de água em condi-ções ambientais, ou seja, sem o uso de equi-pamentos, de tal forma que a umidade varia entre 10 e 25%. A desidratação corresponde à eliminação forçada (com o uso de equipa-mentos) da umidade, atingindo-se entre 3 e 5% de umidade. Tanto a desidratação quanto a secagem têm como objetivo a conservação de produtos, pois, com a remoção da água, inibe-se o crescimento de microrganismos de-teriorantes, além de ocorrer redução de peso e volume, tornando mais conveniente e prático o seu manuseio.

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eXeRcÍcioS

1. Qual a importância dos processos de bios-separação para a biotecnologia e quais as principais características dos processos biotecnológicos?

2. Apresente uma forma de classificação dos processos de biosseparação e descreva as principais características de cada etapa.

3. Quais as diferenças entre filtração e ultra-filtração (microfiltração, ultrafiltração, os-mose reversa)?

4. Quais os processos de pré-tratamento mais importantes e suas características?

5. Quais as características do processo de centrifugação?

6. Quais as vantagens e as desvantagens ob servadas no processo de centrifugação em

relação à filtração?

7. Quando é necessário realizar o rompimen-to celular?

8. Quais os métodos de rompimento celu-lar mais facilmente empregados em larga escala?

9. Faça uma comparação entre os métodos de tratamento álcali e digestão enzimática, discutindo suas vantagens e desvantagens.

10.Qual(is) a(s) contribuição(ões) da etapa de isolamento para as etapas posteriores de separação?

11.Ocasionalmente, pode-se obter a purifi-cação do produto durante a etapa de iso-lamento? Quais as condições necessárias para que isso ocorra?

12.O que são fases leve e pesada no pro-cesso de extração e quais as características destas?

13.O que é precipitação? Quais caracterís-ticas fazem da precipitação uma das téc-nicas mais empregadas, tanto em escala laboratorial quanto industrial, para purifi-cação de produtos de origem microbiana, animal ou vegetal?

14.Qual a faixa de percentual de sulfato de amônio que precipita a maior parte das proteínas?

15.Quais as características que devem ser observadas no sal usado para precipitação?

16.Por que a precipitação se encaixa bem na definição de processo de purificação, estando após o isolamento e antes do po-limento?

17.Quais os solventes mais utilizados na precipitação e quais as características de-sejadas para eles?

18.Qual a vantagem de se promover a preci-pitação pela adição de solventes em baixas temperaturas?

19.O que é precipitação fracionada?

20.Em que consiste o processo de liofilização?

21.Qual a diferença entre secagem e desi-dratação e quais seus objetivos?

22.Quais os secadores da 1ª, 2ª, 3ª e 4ª ge-rações? Quais as vantagens obtidas com a redução da atividade de água?

23.É correto afirmar que, em muitos casos, ocorre uma diluição durante o processo de purificação?

24.O que causa os diferentes deslocamen-tos observados para diferentes moléculas separadas por eletroforese?

25.Qual a diferença entre cromatografia em fase normal e em fase reversa?

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ReFeRÊnciaSBELTER, Paul A., CUSSLER, E. L. & HU, Wei--Shou. Biosseparations – downstream proces-sing for biotechnology, Wiley-Interscience; 1a edição, 1988.

PESSOA JR., A. & KILIKIAN, Purificação de pro-dutos biotecnológicos, Barueri – SP, Manole, 2005.

SCHMIDELL, W., LIMA, U. A., AQUARONE, E. & BORZANI, W. Biotecnologia Industrial - Vol. 2, São Paulo – SP, 2001.

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Biotecnologia e aMBiente

Prof. Irapuan Oliveira Pinheiro Carga horária I 10H

oBJetiVoS eSPecÍFicoS

• Discutir a importância da biotecnolo-gia na conservação do meio ambiente através das Estações de Tratamento de Efluentes;

• Reconhecerosprocessosdebiorreme-diação;

• Discutir questões ligadas à biodiversi-

dade genética.

intRoDUÇÃo

A contaminação do meio ambiente é o pre-ço que a humanidade está pagando pelo crescimento populacional, sem planeja-mento; pela industrialização imediatista, que visa ao lucro e à produtividade em de-trimento da geração e disposição racional dos resíduos e pelo avanço tecnológico, que naturalmente gera produtos em maio-res quantidades e cada vez menos degra-dáveis pela natureza. A tecnologia tem por objetivo garantir o bem-estar da humani-dade. Isso pode ser facilmente constatado pelo aumento da vida média de 40 anos, no início do século XX, para 70 anos, início do século XXI.

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70As consequências dessa evolução tecnológica podem ser vistas por todo o lado, na forma de impactos no meio ambiente. Cabe ao homem utilizar tecnologias de produção cada vez mais limpas e buscar a remediação das áreas já im-pactadas, utilizando os conhecimentos tecno-lógicos específicos.

1. eStaÇÃo De tRataMento De eFlUenteS Uma das formas de evitar ou minimizar gera-ção de impacto ao meio ambiente é através do uso nas indústrias de ETE’s – Estações de Tra-tamento de Efluentes. Nestas estações, todo efluente líquido passa por uma sequência de processos que visam eliminar a maior parte da carga de impurezas, tornando-o apto para ser despejado no meio ambiente (rios, lagoas e la-gos), sem lhe causar prejuízo. Estas estações

podem ter características bastante diferentes, dependendo da composição do efluente a ser tratado. Processos básicos, como filtração, de-cantação, adsorção, precipitação, geralmente fazem parte de uma ETE típica.

Os efluentes são gerados a partir dos abasteci-mentos domésticos e industriais de água que, por sua vez, recebem suas respectivas cargas de impurezas devido ao uso característico, ge-rando, assim, os efluentes domésticos e indus-triais. Os efluentes domésticos são constituídos de 99,9% de água e 0,1% de sólidos (suspen-sos, dissolvidos, matéria orgânica, nutrientes – N e P, organismos patogênicos – vírus, bacté-rias, protozoários, helmintos). Todo este mate-rial sólido dá origem ao lodo. Cada um desses componentes deve ser removido para evitar o impacto no meio ambiente. A Figura 1, abaixo, apresenta os quatro níveis de tratamento que podem ser aplicados aos efluentes: preliminar, primário, secundário e terciário.

TRATAMENTOPRELIMINAR

TRATAMENTO TERCIÁRIOOU PÓS-TRATAMENTO

Figura 1 – Esquema dos níveis de tratamento que podem ser aplicados aos efluentes líquidos.

TRATAMENTOPRIMÁRIO

TRATAMENTOSECUNDÁRIO

O tratamento preliminar consiste no uso de grades, para eliminar material insolúvel grande (sólidos grosseiros), visando proteger as unida-des subsequentes, as bombas, as tubulações e os corpos receptores; caixa de areia, que serve para promover a decantação de material inso-lúvel com densidade maior que a do líquido que o contém (em grande parte areia), evitando, assim, abrasão nas bombas e tubulações, obs-trução em tubulações e facilitar o transporte do líquido e medidor de vazão (calha Parshall) para permitir o controle do processo de tratamento.

O tratamento primário tem por objetivo a re-moção de sólidos em suspensão, sedimentá-veis, materiais flutuantes (óleos e graxas) e par-te da matéria orgânica em suspensão.

O tratamento secundário visa à remoção de matéria orgânica dissolvida e da matéria or-gânica em suspensão não removida no trata-mento primário. Nesta etapa, há participação de microrganismos em um processo que pode ser anaeróbio ou aeróbio. Sistemas anaeró-bios são adequados para indústrias que geram efluentes sem grandes variações em suas ca-racterísticas (cervejarias, fábricas de molho de tomate e de refrigerantes). Em geral, no que diz respeito à remoção de carga orgânica, tem eficiência média e devem ser complementa-dos, além de apresentarem custos de implan-tação e operação inferiores aos sistemas aeró-bios. Os sistemas aeróbios são adequados a quase todos os tipos de efluentes, e, dentre os tipos de sistemas aeróbios, podemos citar:

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Figura 2 – Estação de tratamento de esgoto nos EUA.

Figura 3 – Estação de tratamento compacta.

lagoas aeradas, valos de oxidação, dispositivos de lodos ativados. Lodo ativado é o método mais utilizado mundialmente para remoção de carga orgânica dos efluentes. Foi desenvolvi-do na Inglaterra por Arden e Lockett em 1914 sendo composto basicamente por duas unida-des: tanque de aeração e decantador.

O tratamento terciário ou pós-tratamento tem por objetivo a remoção de poluentes específi-cos e/ou remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário como, por exemplo, nutrientes e organismos patogênicos.

de biorremediação é o norte-americano (35 a 40% do mercado global), sendo que 95% dos processos são empregados na descontamina-ção é solos e águas subterrâneas.

A biorremediação é a alternativa mais cor-reta e eficaz sob o ponto de vista ecológico para o tratamento de moléculas de difícil degradação ou recalcitrantes e metais tó-xicos. As moléculas recalcitrantes podem ser de origem biológica ou sintética. Neste último caso, são produzidas por tecnologia moderna, sendo estranha ao ambiente na-tural ou “xenobióticas” (do grego: xenos = estrangeiro).

Desde o século XX, muitas moléculas vêm sendo introduzidas no meio ambiente. Es-sas moléculas fazem parte de grupos quími-cos diferentes e possuem aplicações diversas: agrotóxicos, corantes, fármacos, polímeros e plásticos. Essas moléculas podem ser tóxicas e recalcitrantes, acarretando um sério problema de poluição do meio ambiente. O pacobutra-zol (PBZ), por exemplo, é um produto aplicado nas plantas para retardar seu crescimento e, consequentemente, estimular a floração, ga-rantindo o fruto mesmo em períodos fora da safra natural. As tecnologias utilizadas na des-contaminação das áreas poluídas podem en-volver processos físicos, químicos, biológicos ou a combinação destes.

Nos processos biológicos, são utilizados, ge-ralmente, microrganismos do próprio am-biente impactado (autóctones), mas também podem ser introduzidos microrganismos, em seu estado natural ou geneticamente modifi-cados. Neste último caso, são realizadas mo-dificações para apresentarem a capacidade de degradação das moléculas xenobióticas, que serão convertidas em moléculas menos recalcitrantes ou serão mineralizadas dando origem a compostos simples (CO2, H2O, NH3, SO2

-2, PO4-2). Trabalhos têm mostrado que

muitos compostos xenobióticos ou seus pro-dutos de degradação apresentam efeitos tó-xicos e mutagênicos em animais, incluindo o homem, em plantas e em microrganismos. A biorremediação de solos apresenta um custo dois terços menor que o processo físico de incineração.

2. BioRReMeDiaÇÃoBiorremediação é todo processo, no qual orga-nismos vivos, geralmente plantas ou microrga-nismos, são utilizados tecnologicamente para remover ou reduzir poluentes presentes no ambiente. A comunidade científica se mostra receptiva ao uso deste tipo de tecnologia no tratamento de ambientes contaminados, se-jam eles águas superficiais e subterrâneas, so-los ou efluentes industriais. O maior mercado

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72Os compostos xenobióticos poluentes no meio ambiente podem, em princípio, seguir quatro destinos:

1. Degradação química (hidrólise, fotólise, oxidação, reação com outros compostos);

2. Mobilização (lixiviação, volatilização, reci-clagem via ciclos biogeoquímicos);

3. Persistência (adsorção a componentes do ambiente, imobilização); e

4. Degradação biológica (plantas ou micror-ganismos).

Através da degradação biológica, os compos-tos xenobióticos podem sofrer:

4.a Mineralização (degradação completa); 4.b Transformação (degradação parcial); e 4.c Acumulação dentro das células ou material

celular.

O sistema biológico mais eficiente para degra-dação de moléculas recalcitrantes é o micro-biano. Este sistema pode ser influenciado por fatores de natureza física, química e biológica. Os fatores físicos que mais influenciam a de-gradabilidade são: natureza física da matriz, no qual o composto se encontra (solo, água, sedimento); temperatura e luz. Vários fatores químicos podem influenciar a taxa de degrada-ção, dentre eles a composição química da ma-triz ambiental, o pH, potencial redox do meio e a estrutura química do poluente. Com relação aos fatores biológicos, é evidente que o mais importante é a presença de um microorganis-mo, capaz de degradar a molécula alvo e seus produtos de degradação ou de um consórcio microbiano em que cada microrganismo atua individualmente em diferentes etapas do pro-cesso de biodegradação. A biosfera atual não possui rotas enzimáticas catabólicas capazes de degradar a grande quantidade de compos-tos novos que o homem sintetizou nos últimos 100 anos. Quando o xenobiótico é uma molé-cula com estrutura química semelhante à es-trutura de moléculas naturais, é mais provável que ocorra a biodegradação.

Deve-se conhecer bastante sobre o composto xenobiótico que se deseja eliminar por bior-

remediação, uma vez que vários aspectos do metabolismo são dependentes à estrutura quí-mica do composto. A estrutura molecular do xenobiótico pode ser incompatível com os sí-tios de entrada e de transporte da membrana celular, tornando impossível o metabolismo in-tracelular. A biorremediação com microrganis-mos naturais (geralmente bactérias e fungos) pode apresentar bons resultados.

A implantação de um processo de biorreme-diação é um processo complexo, que ocorre em etapas que compreendem o estudo: do ambiente, do tipo de contaminantes, dos ris-cos e da legislação pertinente. O processo de biorremediação apresenta uma grande com-plexidade, e sua eficiência é decorrente de vá-rios fatores: a poluição geralmente envolve vá-rios compostos de diferentes classes químicas, requerendo mais de um microrganismo; em baixas concentrações de nutrientes, os micror-ganismos podem não produzir as enzimas ne-cessárias; alguns poluentes presentes podem ser incompatíveis com o processo de biodegra-dação implementado; alguns compostos são rapidamente adsorvidos pelo solo, sedimento e ou pela água, ficando em concentrações aci-ma do desejável e abaixo daquele necessária para ativar a biodegradação, e a taxa de bio-degradação pode ser baixa, resultando em um processo muito longo.

Alguns desses problemas podem ser resolvidos com o uso de Organismos Geneticamente Mo-dificados (OGM’s) principalmente no que se refere às taxas de degradação dos poluentes. Isso ocorre por meio de diferentes estratégias: inserção de genes que codificam enzimas ca-tabólicas específicas para a molécula-alvo; in-serção de genes que conferem resistência a inibitórios no ambiente ou aos produtos de degradação da molécula-alvo e inserção de genes ou alterações gênicas, visando resolver problemas ligados à baixa concentração do poluente. Existem muitos questionamentos sob o ponto de vista da biossegurança:

• Os organismos engenheirados sobrevive-rão no ambiente?

• Elessereproduzirão?• Elessedispersarãoparaoutroslugares?• Podemcausarefeitos indesejadosnoam-

biente?

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73• Elespodemtransferirosgenesparaoutros

organismos no ambiente?

Pesquise e responda a cada uma dessas questões.

3. Biotecnologia e BioDiVeRSiDaDeBiodiversidade é uma palavra que se refere a toda forma de vida em uma região ou um ecossistema. Isso inclui a variabilidade genéti-ca dentro de populações e espécies; as dife-rentes espécies da flora, da fauna e de micror-ganismos; a variedade de funções e interações ecológicas desempenhadas pelos organismos nos ecossistemas e a variedade de comunida-de, habitats e ecossistemas. A biodiversidade que possuímos é o resultado de 4,5 bilhões de anos de evolução, dando origem a cerca de 30 milhões de espécies que, possivelmente, podem ser encontradas no planeta e das quais a ciência conhece somente 5%.

A biodiversidade é a responsável pelo equi-líbrio e pela estabilidade dos ecossistemas, além de possuir um grande potencial econô-mico, sendo base para a agricultura, pecuá-ria, atividades pesqueira e florestal e indústria biotecnológica.

A perda da biodiversidade (diversidade eco-lógica) coloca em risco o desenvolvimento sustentável. A conservação da biodiversidade deve ser considerada como uma prioridade, uma vez que a biotecnologia é a tecnologia, que explora os sistemas biológicos presentes na biodiversidade, e dela depende para seu de-senvolvimento. Existe um grande número de bactérias na biosfera que estão “aguardando” para serem exploradas tecnologicamente. Pes-quise e apresente uma discussão sobre a pre-servação da biodiversidade.

eXeRcÍcioS

1. Quais as características da Estação de Trata-mento de Esgoto da sua cidade? Qual o per-centual de esgoto tratado em sua cidade?

2. Faça uma análise sobre como o Brasil está lidando com sua biodiversidade.

3. Assistam ao filme Dead Ahead: The Exxon Valdez Disaster e façam uma discussão.

ReFeRÊnciaSBORÉM, A., SANTOS, F. R. dos e ALMEIDA, M. R. de. Biotecnologia de A a Z – Viçosa, MG, 2003.