Pesquisadores do Laboratório de Quimio-Biologia Computacional (CCBL) da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da USP criaram um sistema de biorreator semiautomatizado, de baixo custo e código aberto, para estudos com culturas microbianas. O desenvolvimento e validação do equipamento foram detalhados em artigo publicado na revista ACS Omega.
Para testar o equipamento, o grupo realizou um estudo de caso com fungos capazes de degradar a lignina, um polímero natural presente na parede celular de plantas e um dos principais resíduos da produção de papel e celulose.
Atualmente, as indústrias incineram a maior parte desses resíduos. Dessa forma, um método alternativo de biodegradação pode oferecer uma solução mais sustentável.
Os biorreatores são equipamentos que fornecem um ambiente controlado, com parâmetros como temperatura, agitação e teor de oxigênio estáveis, favorecendo o crescimento celular.
Eles possibilitam o cultivo eficiente de microrganismos, a produção de biomoléculas e a realização de experimentos de longa duração. Apesar de as indústrias farmacêutica e química utilizarem esses equipamentos com frequência, o mercado costuma comercializá-los a preços muito elevados devido à sua alta complexidade. Dessa forma, muitos laboratórios de pesquisa não industriais não conseguem acessá-los.
“Havia dois motivos principais pelos quais queríamos desenvolver o nosso próprio biorreator: o primeiro é que biorreator é muito caro, e o segundo é que, normalmente, os biorreatores não possibilitam fazer coleta e inserção de conteúdo sem que os recipientes do sistema sejam abertos, o que aumenta o risco de contminação”, explica João Vítor Guimarães Ferreira, autor do artigo que desenvolveu o projeto na iniciação científica, ainda durante a graduação.
Neste contexto, o grande desafio de Ferreira era transitar entre três áreas muito distintas para desenvolver a ideia inicial: programação computacional – linha de pesquisa principal do grupo; eletrônica – uma área completamente nova no laboratório; e microbiologia – a mais familiar para o pesquisador, estudante do curso de Farmácia.
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Biorreator criado em laboratório degrada resíduos da indústria de papel e celulose
Foi necessário combinar suas experiências prévias sobre microrganismos e códigos computacionais a uma imersão no estudo de microcomputadores capazes de receber e transmitir sinais para que o equipamento alcançasse os objetivos iniciais do projeto.
Deu certo. Além disso, o custo total da montagem do aparelho ficou em torno de R$ 1 mil. O valor é muito inferior ao dos biorreatores de pequeno porte disponíveis no mercado, que podem custar entre R$ 5 mil e R$ 200 mil.
Além disso, o sistema é capaz de realizar coletas periódicas e repor o volume de meio de cultura retirado. Essas etapas são realizadas de forma automatizada e programada. O processo é comandado pelo microcomputador. Além disso, ocorre sem a necessidade de abrir os recipientes, o que reduz o risco de contaminação.
O objetivo era avaliar a capacidade dos microrganismos – tanto separadamente quanto em cocultivo – de degradar a lignina. Para acompanhar a degradação da lignina dentro do biorreator, os pesquisadores avaliaram os metabólitos (produto do metabolismo de uma determinada molécula ou substância) produzidos pelos microrganismos durante um período total de 25 dias.
Os pesquisadores usaram técnicas analíticas de separação e detecção de substâncias para observar vários intermediários da degradação de lignina e submetê-los a estudos metabolômicos. Além disso, essas abordagens permitem identificar os metabólitos em estudo.
Além disso, também foram realizadas análises genômicas. Ou seja, análises das características genéticas dos fungos. Dessa forma, foi possível compreender quais mecanismos moleculares presentes nos microrganismos viabilizam sua capacidade de degradar o resíduo industrial.
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Para Isabela Amatto, o uso de diferentes abordagens reforça a confiabilidade dos resultados obtidos.
“A partir da integração dos dados de genômica e metabolômica, podemos provar que aquele metabólito detectado estava sendo produzido pelos fungos, porque no genoma do fungo está presente um gene que produz a enzima responsável pela reação que gera aquele intermediário”, explica.
De acordo com João Vítor Guimarães Ferreira, a interdisciplinaridade do projeto, abrangendo diferentes áreas e técnicas de análise, foi um dos principais pontos para o sucesso dessa ideia.
“Eu adorei fazer parte desse projeto, porque vi um mundo de possibilidades que talvez eu não conheceria através das aulas da graduação. A ciência, de modo geral, não é linear, ela tem vários polos. E a parte mais interessante da ciência, pelo menos para mim, é quando esses polos, esses mundos isolados, têm um ponto de intersecção – porque é ali que a inovação realmente acontece”, finaliza.
Texto por Eduarda Antunes Moreira, Bolsista Mídia Ciência – Jornalismo Científico/Fapesp no LarFarMar
Fonte: Jornal.USP
