O crescimento do mercado de biotecnologia depende fundamentalmente da disponibilidade de linhagens selecionadas e de bioprocessos otimizados. Para a produção de cepas altamente eficientes, é essencial o conhecimento do desempenho metabólico do microrganismo.
Entre as chamadas ‘ômicas’ encontramos, por exemplo, a transcriptômica utilizada para analisar o RNA e a proteômica relacionada às proteínas. A metabolômica é o estudo mais recente e se firma cada vez mais como uma ferramenta de otimização. Seu objetivo é identificar e quantificar o conjunto de metabólitos fabricados ou modificados por um organismo – metabólitos são os produtos finais dos processos celulares encontrados em células, fluidos biológicos, tecidos ou organismos.
Para obter a produção de cepas altamente eficientes, a metabolômica permite traçar rotas metabólicas de um dado microrganismo e apontar determinadas rotas indesejadas na busca do produto alvo. Conhecendo esse mapa metabólico dado pelo processo, é possível nortear a rota para o alvo desejado por meio, por exemplo, de interferências genéticas e obter linhagens mais eficientes.
Na área de bioenergia, por exemplo, a metabolômica pode contribuir na seleção de variedades de cana-de-açúcar mais adequadas à produção de bioetanol, com alto teor de sacarose, resistentes às secas e às pragas, bem como na obtenção de linhagens que possam fermentar açúcares como hexoses e pentoses de modo rentável. Na medicina, por exemplo, é possível por meio das células descobrir se a pessoa pode desenvolver uma doença como o câncer.
Apesar do nome diferente e da sua complexidade, as ferramentas da metabolômica podem fornecer um panorama geral sobre o estado fisiológico da célula ou organismo.
Caracterização de biomoléculas por espectrometria de massas – projeto de modernização do IPT trouxe a infraestrutura laboratorial adequada para a implantação das novas competências
Baseado nisso foi dado início à implantação da ferramenta no IPT com o projeto de capacitação denominado ‘Metabolômica de microorganismos de interesse industrial visando a otimização de processos biotecnológicos’. Liderado pela pesquisadora Rosa Mitiko Saito Matsubara, do Laboratório de Biotecnologia Industrial do Núcleo de Bionanomanufatura, o trabalho durou um ano e meio, com encerramento em março de 2014.
Com a metabolômica, afirma a pesquisadora, é possível entender com maior precisão o comportamento de determinado ser vivo – no caso do seu trabalho, um microorganismo. “Por meio de uma abordagem sistemática é possível obter informações precisas sobre o estado fisiológico de um organismo em uma dada condição e conduzir uma pesquisa mais focada no alvo desejado. Sendo assim, a metabolômica nos poupa muito tempo. Podemos minimizar processos de tentativa e erro em busca do produto de maneira mais certeira”, declara Rosa.
O material selecionado como estudo de caso foi um polímero biodegradável conhecido como PHB ou Polihidroxibutirato. Escolhido por ter uma forte tradição, conhecimento e massa crítica acumulada no IPT, incluindo diversas patentes, o PHB é um plástico totalmente biodegradável, empregado em embalagens, filmes de absorventes e fraldas, entre outros produtos.
Na indústria, o projeto da metabolômica com o PHB tem importante papel, pois por meio do processo é possível entender a resposta metabólica de microrganismos produtores de PHB em uma dada condição de processo, ou seja, obter a ‘fotografia’ precisa do comportamento da linhagem frente a determinados substratos, por exemplo. Muitas vezes o microorganismo responde bem aos açúcares com a glicose (cara para determinados produtos) e apresenta péssimo desempenho a outros de menor custo, como resíduo de glicerol. A metabolômica permite conhecer o metabolismo da linhagem e fazer interferências sejam genéticas ou de processo, colaborando na busca de respostas aos gargalos de um processo mais interessante do ponto de vista técnico-econômico para a empresa.
A aquisição desta nova competência foi possível graças ao projeto de modernização do IPT que possibilitou a vinda de novidades para o laboratório, entre elas os espectrômetros de massa, configurados para estudos de biomoléculas. Com a modernização do parque analítico e de biorreatores, o Instituto apresenta a infraestrutura laboratorial adequada para a implantação de competências como a biologia molecular, a proteômica e a metabolômica. Tais ferramentas são essenciais para conduzir bioprocessos de maneira mais eficiente.
A pesquisadora conta que também precisou se preparar para tomar conta do projeto. “O projeto de modernização não é somente a aquisição de novos equipamentos. Foi também preciso treinar os pesquisadores para a operação de equipamentos, tratamento de amostras e de dados complexos. Estive por sete meses na Noruega por meio do Programa de Desenvolvimento e Capacitação no Exterior do IPT estudando as diversas plataformas metabolômicas que até então eram uma tecnologia nova para nós.”
Outro fator importante para o desenvolvimento mais acelerado da nova capacitação é o estabelecimento de parcerias com laboratórios e pesquisadores de renome internacional. Um exemplo é o professor Silas Villas-Bôas da Universidade de Auckland na Nova Zelândia, brasileiro e um dos maiores especialistas e pioneiros na metabolômica.
É importante destacar que a metabômica é uma ferramenta biotecnológica inovadora no País, especialmente a de microrganismos. O projeto permitiu a implantação de novas competências como plataformas analíticas inéditas de caracterização de metabólitos e abriu possibilidade de colaborar na busca de soluções aos gargalos envolvidos no desenvolvimento de projetos de P&D&I e obter resultados com maior qualidade.
Sobre os resultados, a pesquisadora afirma que o projeto obteve êxito. “Conseguimos implantar duas importantes plataformas analíticas, de aminoácidos e ácidos orgânicos, biomoléculas chaves envolvidas nas rotas metabólicas de um ser vivo, além de ferramentas estatísticas de tratamento de dados. Essa ferramenta deverá gerar muitos dados inovadores nos projetos de P&D&I.”
