MICRORGANISMOS DE
INTERESSE INDUSTRIAL
-
Muitos produtos químicos, alimentos e fármacos
devem sua produção e suas características às
atividades dos microrganismos;
-
Produtos como queijos maturados, iogurtes,
vinagre, cerveja, cachaça, ácido cítrico, ácido
lático, vitaminas e antibióticos são obtidos por
processos usando microrganismos.
PROCESSO FERMENTATIVO GENÉRICO
Microrganismo
selecionado
Matérias-primas
Meio de cultura
selecionado
Esterilização
Preparo do
inóculo
Separação das
células
Preparo do
inóculo: etapa
industrial
Caldo
fermentado
Ar
Compressor
Esterilização
do ar
Biorreator
industrial
Recuperação
do produto
Produto
Tratamento
de efluentes
O sucesso de um processos fermentativo
depende da correta definição de quatro pontos
básicos:

Microrganismo

Meio de cultivo

Forma de condução do processo

Recuperação do produto
Como estão interligados se define o conjunto
levando
em
consideração
aspectos
econômicos e biológicos.
Fonte de microrganismos de interesse
industrial:
•
Isolamento a partir de recursos naturais
•
Comprar de coleção de culturas
•
Obtenção de mutantes naturais
•
Obtenção de mutantes induzidos
•
Obtenção
de
recombinantes
por
engenharia genética
microrganismos
técnicas
de
Isolamento a partir de recursos naturais

Isolamento a partir de recursos naturais

Necessita do isolamento de cultura pura;

Muito trabalho experimental;

Custo elevado;

Descoberta de novos produtos.
Isolamento a partir de recursos naturais
Método de esgotamento – mais utilizado
 Exemplo:
isolamento de E.coli, a partir de uma
amostra de água de esgoto:
–
Inicialmente uma alçada da água de esgoto é
semeado em estrias na superfície de uma placa
contendo ágar Mac Conkey (peptona 20, lactose
10, cloreto de sódio 5, taurocolato de sódio 5,
vermelho neutro 0,03, ágar 15)
–
Incubar por 18-24 horas a 37°C
–
Depois de 24 horas, as células de E. coli dão
origem a colônia redondas, vermelhas, com 2-3
mm de diâmetro
–
Escolher algumas destas colônias para exames
mais detalhados
Compra em coleções de cultura

Existência de muitas coleções de cultura em vários
países;
 Agricultural
Research
Service
Culture
Collection (EUA) – NRRL Culture Collection
(http:/nrrl.ncaur.usda.gov)
 Coleção
de
culturas
tropical
(http´:/www.cct.org.br);
 Produção de um dado antibiótico não estará
disponível na coleção de cultura.
Compra em coleções de cultura

CCM-IPT Coleção de Culturas de
Microrganismos do IPT
www.ipt.br

Banco de Culturas – UCP

Coleção de Culturas de Fungos do Instituto
Oswaldo Cruz

Coleção de Culturas do Instituto Adolfo Lutz

Coleção de Culturas DPUA

Obtenção de mutantes naturais

Surgimento de mutantes
proliferação de células;

Não são interessantes no que tange ao
processo fermentativo, mas podem gerar
linhagens de interesse;

naturais
Sua obtenção pode demandar muito tempo.
na
Obtenção de mutantes induzidos

Exposição de suspensões de células ou
esporos a radiações ultravioleta ou a
substâncias químicas mutagênicas;

Penicillium chrysogenum – obtenção de
penicilina – década de 40 ( 100 unidades /
cm3) década de 70 (51.000 unidades / cm3).
Obtenção de microrganismos recombinantes

Obtenção de microrganismos recombinantes por
técnicas de engenharia genética:

Introdução de fragmentos de DNA de certas
células em outras - Plasmídeos

Identificação de genes que codificam a
síntese das enzimas – inserção desses
genes em plasmídeos e voltá-los a célula
produtora.
Obtenção de microrganismos recombinantes

produção de substâncias por células que
naturalmente não as produzem;

codificação para a síntese de glicoamilase de
Aspergillus em células de Saccharomyces
cerevisiae.
Características Desejáveis de
Microrganismos
Características Desejáveis de Microrganismos

Apresentar elevada eficiência na conversão do
substrato em produto.
 matérias-primas incidem significativamente nos
custos de produção – 38 a 73% do custo total
(fonte orgânica de carbono).

Permitir o acúmulo do produto no meio
 Sem sofrer inibição pelo acúmulo – custos de
recuperação;
 Fermentação alcoólica – inibição da levedura
em torno de 8 a 10 % (em volume) de etanol.
Características Desejáveis de Microrganismos

Não produzir substâncias incompatíveis com o
produto.
Produção
de
glicoamilase
–
alguns
microrganismos
também
produzem
a
transglicosidase.
 Produção de proteínas, ou enzimas, usar
linhagem produtora de proteases extracelulares.
 O ideal é produzir um mínimo de outras
substâncias.

Características Desejáveis de Microrganismos

Apresentar constância quanto ao comportamento
fisiológico
 conhecimento
conservação;
de
suas
técnicas
de
 manutenção da sua produção durante todas as
etapas do processo fermentativo;
 Células que privilegiem o crescimento em
detrimento do acúmulo de produto – não ideais.
Características Desejáveis de Microrganismos

Não ser patogênico
 manipulação
principalmente
sem
no
riscos
término
ambientais,
do
processo
fermentativo;
 cultivos
de
patogênicos
exigem
adicionais (câmaras assépticas).
cuidados
Características Desejáveis de Microrganismos

Não exigir condições de processo muito complexas
 economia de produção.
 apresentem uma faixa de valores ótimos para
produção do produto e não valores pontuais.
 bom desempenho em pequenas concentrações
de oxigênio dissolvido.
 Microrganismos que excretem proteínas –
formação de espuma (aumento nos custos de
produção – antiespumante).
Características Desejáveis de Microrganismos

Não exigir meios de cultura dispendiosos
 economia do processo produtivo.
 estudo e conhecimento das necessidades
nutricionais
de
microrganismo.
um
determinado
Características Desejáveis de Microrganismos

Permitir a rápida liberação do produto para o meio
 sem inibição pela retenção do produto.
 separação do microrganismo (centrifugação ou
filtração).
 As condições de cultivo podem interferir na
excreção de um determinado produto – ex: pH
na excreção de glicoamilase.
MICRORGANISMO
Saccharomyces cerevisiae
Aspergillus niger
Aspergillus wentii
Lactobacillus delbrueckii
Lactobacillus bulgaricus
Aspergillus wentii
Aspergillus niger
Aspergillus aureus
Acetobacter sp.
PRODUTO
Cerveja, vinho, saquê,
etanol, cachaça
Ácido cítrico
Ácido lático, bebidas
lácticas
Pectinases
Vinagre
Penicillium chrysogenum
Penicilina G
Xanthomonas campestris
Goma Xantana
Características Desejáveis de Meios de Cultura

Ser o mais barato possível.


as
necessidades
do
nutricionais
do
Atender
às
necessidades
microrganismo.


desde que atenda
microrganismo.
permitir a síntese do produto.
Auxiliar no controle do processo.

utilizar componentes que auxiliem no controle
de pH (uréia).
Características Desejáveis de Meios de Cultura

Não provocar problemas na recuperação do produto

fonte de carbono (glicose, sacarose, frutose,
polissacarídeos, amido); fonte de nitrogênio
(NH4)2SO4, fonte de fósforo e ainda outros
elementos (Na, K, Fe...); meios de composição
definida ou sintéticos;

os meios sintéticos são estáveis e evitam
problemas quanto a recuperação dos produtos,
mas nem sempre são compatíveis com a síntese
desejada.
Características Desejáveis de Meios de Cultura

Ter composição razoavelmente fixa e permitir
algum tempo de armazenagem, a fim de estarem
disponíveis o tempo todo:
extratos de levedura, carne e peptona de soja –
composição variável ao longo do tempo de
armazenamento, lote, fabricante.

matérias-primas naturais – cana-de-açúcar,
melaços, farinhas, têm composição química
desconhecida e variável (variedade, solo, safra,
clima, etc.);

Fim!