Produção de insulina por microorganismos

As pessoas que não produzem a quantidade suficiente de insulina, como os diabéticos, precisam tomá-la em forma de remédio, mas como é fabricada essa insulina vendida como remédio?

A maneira mais antiga para se obter insulina é fazer sua extração a partir de pâncreas de bois e porcos. A insulina que esses animais produzem é bastante parecida com a humana, e pode mesmo exercer suas funções em nosso organismo. Entretanto, algumas pessoas reagem com manifestações alérgicas a essa insulina.

Hoje em dia já é possível fabricar insulina a partir de bactérias, que normalmente não produzem essa substância. A produção de insulina pelas bactérias é possível graças às técnicas da biotecnologia. Atualmente é possível introduzir segmentos do DNA humano no DNA das bactérias.

Usando as enzimas de restrição pode-se cortar segmentos de DNA que contenham informações para a síntese de uma determinada proteína, quer dizer, pode-se cortar o DNA separando partes que contêm genes.

Com essa técnica é possível isolar pedaços de DNA com genes escolhidos, como por exemplo o gene responsável pela síntese de insulina.

Também com o uso de enzimas de restrição é possível romper o DNA de plasmídios das bactérias.

Utilizando o DNA ligase, capaz de refazer as ligações entre as moléculas de DNA, é possível refazer os plasmídios introduzindo o pedaço de DNA humano.

Com essa técnica consegue-se passar um segmento do DNA humano para o plasmídio de uma bactéria.

Com esse processo as bactérias tornam-se produtoras de proteínas humanas.

Nos laboratórios seu material genético é “transformado”, e elas passam a ser capazes de sintetizar substâncias como a insulina humana, o hormônio do crescimento e outras. Se elas forem mantidas vivas e em crescimento, tornam-se verdadeiras fábricas de produtos exatamente iguais aos que nosso corpo produz.

25° Seminário Cooplantio - Uma aula sobre biotecnologia com Alda Lerayer

A fermentação é um processo de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos.

  Na indústria alimentar, microorganismos são usados para a fermentação dos alimentos. Abaixo segue uma tabela sobre os tipos de fermentação e suas respectivas utilizações.

Tipo de Fermentação/Principais Características	Utilização na Produção de Alimentos
Fermentação alcoólica: - É realizada por leveduras; - O ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas: 1ª - O ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído; 2ª - O acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol.	Pão: - A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável é de 27ºC. - O amido da farinha é hidrolisado em açucares simples e posteriormente transformado em CO2 e etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa. - A fermentação inicia-se com a adição das leveduras (fermento de padeiro) e termina quando o calor do forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a evaporação do álcool e dá estrutura ao pão.
	Vinho: - A fermentação do açucar de uvas é realizada por leveduras, principalmente do tipo Saccharomyces cerevisiae, que existem na casca das uvas. - As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de enxofre, que inibem o crescimento de microorganismos competidores das leveduras. As uvas esmagadas formam o most, que inicialmente é mexido para provocar a aerificação e o crescimento das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria condições anaeróbias favoráveis à fermentação. - O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado, vai aumentando. O etanol torna-se toxico para as leveduras quando atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina.
	Cerveja: - É fabricada com malte (grãos de cevada germinados e secos), outros materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo, água e leveduras das espéciesSaccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces carlsbergensis. - Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e ácido acético. O CO2 é libertado e o álcool atinge uma concentração de cerca de 3,8% do volume. - Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada.
Fermentação Láctica: O ácido pirúvico é directamente reduzido a ácido láctico pelo NADH. A fermentação homolácticaproduz grandes quantidades de ácido láctico. A fermentação heteroláctica leva à produção de outras substâncias, para além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético.	Queijo: Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação levada a cabo por diferentes espécies de bactérias pertencentes aos géneros Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc, em culturas puras ou mistas. As bactérias produzem ácido láctico e outras substâncias que contribuem para o aroma. O aumento da acidez provoca a coagulação das proteínas do leite.
	Iogurte: Produzido por uma cultura mista de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus termophilus.
	Outros produtos lácticos fermentados: - Leites fermentados como Kefir e Kumiss. - Alimentos probióticos fermentados por bifidobactérias e Lactobacillus casei imunitass.
Fermentação acética: É assim designada devido às características do produto obtido, no entanto, não é uma fermentação, mas uma oxidação.	Vinagre: -É obtido a partir de materiais contendo açucar ou amido, como sumo de fruta, vinho ou cereais. - A sua produção compreende duas etapas: 1ª – Fermentação do açucar que é convertido em etanol – processo anaeróbio realizado por leveduras. 2ª – Oxidação do etanol a ácido acético. Reacção aeróbia realizada por bactérias acéticas dos géneros Acetobacter e Glucanobacter.

Microorganismos na indústria alimentar

A indústria alimentar tem conta a relação entre microrganismos e alimentos através das seguintes intervenções:

•  utilização de microorganismos na produção de certos alimentos, por fermentação;

•   utilização de microorganismos como fonte de enzimas para o processamento de alimentos;

•  desenvolvimento e aperfeiçoamento de métodos de conservação de alimentos que retardam a sua deterioração devido à atividade de microorganismos ou outros fatores;

•  desenvolvimento de técnicas de melhoramento de alimentos ou de produção de novos alimentos.

Bactérias e biotecnologia

A indústria de laticínios utiliza as bactérias Lactobacillus e Streptococcus para a produção de queijos, iogurtes e requeijão. 

Lactobacillus e Streptococcus

Na fabricação de vinagre são usadas bactérias do gênero Acetobacter que transformam o etanol do vinho em ácido acético.

Acetobacter

Bactérias do gênero Corynebacterium são utilizadas na produção do ácido glutâmico, substância utilizada em temperos para acentuar o sabor dos alimentos.

Corynebacterium

  

  As bactérias são utilizadas para a produção de antibióticos e vitaminas. O antibiótico neomicina é produzido por células do gêneroStreptomyces. A indústria química utiliza bactérias para produzir substâncias como o metanol, butanol, acetona. A tecnologia do DNA recombinante, também denominada "Engenharia Genética", tem permitido alterar geneticamente certas bactérias produzindo substâncias economicamente interessantes, como insulina humana produzida por estes organismos procariontes geneticamente modificados.

   As bactérias podem decompor aeróbia ou anaerobiamente matéria orgânica. Quando em um lago ou rio existe uma grande quantidade de substâncias orgânicas, como esgoto e não há suficiente oxigenação desta massa de água, acontece a decomposição anaeróbia ou putrefação. Pode-se promover a decomposição aeróbia de matéria orgânica em estações de tratamento de esgoto, produzindo aeração do esgoto, aumentando a quantidade de oxigênio dissolvido na água, assim entram em ação as bactérias aeróbias que causam o processo de biodegradação do esgoto, sistema conhecido como "lodo ativado". As bactérias anaeróbias metanogênicas também podem ser utilizadas para a biodigestão de matéria orgânica de esgotos e lixo doméstico em tanques chamados biodigestores.

Microorganismos transgênicos

Quando se fala em transgênico, logo vem à mente a soja transgênica que é resistente ao herbicida glifosato. Mas, além das outras dezenas de plantas com alguma alteração genética, o consumidor não pode esquecer dos animais transgênicos e de um grupo de organismos que é pouco, ou nada, mencionado, o dos microrganismos transgênicos ou geneticamente modificados (MGM).

Os microrganismos, denominação geral para bactérias, fungos e leveduras, são amplamente empregados na produção de alimentos, sendo utilizados há milhares de anos - vivos no produto ou não. Substâncias vindas de microrganismos - como, por exemplo, as enzimas - ajudam no processamento de produtos. Há, no mínimo, cerca de 30 diferentes enzimas produzidas por MGM e muitas delas utilizadas na produção de alimentos.

O uso da tecnologia do DNA recombinante para produzir MGM é um dos mais importantes avanços científicos do século 20. Estima-se que existem mais de 100 cepas bacterianas oriundas de 25 espécies utilizadas em produtos alimentícios. A combinação dessas bactérias é extremamente importante para as características desejadas do alimento.

No mínimo, 25% dos alimentos processados passaram por algum processo microbiológico. Portanto, o uso seguro destes microrganismos é essencial, mas e se os microrganismos fossem transgênicos? Os consumidores não teriam o direito de saber? Não deveria estar no rótulo: "Contém OGM", no caso "Contém MGM" ou "Produto obtido a partir de um MGM"? Alimentos que contenham MGM viáveis devem passar por estudos de segurança alimentar antes de sua aprovação para uso na produção de alimentos, devendo ser implementada legislação específica.

Nos posts seguintes abordaremos vários exemplos do emprego de microorganismos na industria e na biotecnologia e para isso é necessario saber alguns conceitos, como: 

• Enzimas de restrição;
• DNA ligase;
• DNA recombinante.

Enzimas de restrição são enzimas que cortam a molécula de DNA através do reconhecimento de seqüências nucleotídicas específicas.

DNA ligase é a enzima que une os fragmentos de DNA. É utilizada na biotecnologia para “colar” fragmentos de DNA de interesse.

DNA recombinante  é uma seqüência de DNA artificial que resulta da combinação de diferentes seqüências de DNAs.

A seguir, um exemplo da obtenção do DNA recombinante:

1. Os pesquisadores querem estudar um gene humano que produz uma proteína que não se sabe a função.
2. Os pesquisadores “recortam” (utilizando enzimas de restrição), do DNA humano, o gene de interesse.
3. Esse fragmento de DNA contendo o gene é multiplicado por PCR para obtermos várias cópias do mesmo fragmento (ou da mesma informação).
4. A mesma enzima que clivou o gene do DNA humano é utilizada para clivar o plasmídio bacteriano. Lembre-se que o fragmento de DNA, ao ser clivado, gera pontas adesivas que são complementares ao plasmídio se este for clivado com a mesma enzima.
5. A seguir o plasmídio clivado é misturado com os fragmentos de DNA (contendo o gene) e uma enzima chamada ligase “cola” os fragmentos ao plasmídio, produzindo o chamado DNA recombinante. Isso feito, o DNA recombinante é introduzido em uma bactéria hospedeira.
6. A bactéria hospedeira é colocada em um meio nutritivo seletivo, apenas aquelas que possuem o DNA recombinante crescem, formando colônias. Após muitas gerações de bactérias, o produto da expressão dos genes, as proteínas humanas, são purificadas das bactérias (são separadas das proteínas das bactérias).

Esse método produz uma grande quantidade de proteínas humanas possibilitando assim, seu estudo.

Adiante com o assunto, falaremos um pouco sobre a biotecnologia.
Mais afinal, o que é Biotecnologia ?

Segundo a Convenção sobre Diversidade Biológica da ONU:


"Biotecnologia define-se pelo uso de conhecimentos sobre os processos biológicos e sobre as propriedades dos seres vivos, com o fim de resolver problemas e criar produtos de utilidade."

Assim, biotecnologia é o conjunto de técnicas que permite à Indústria Farmacêutica cultivar microrganismos para produzir os antibióticos que serão comprados na Farmácia. Como é Biotecnologia o saber que permite cultivar células de morango para a obtenção de mudas comerciais. E também o processo que permite o tratamento de despejos sanitários pela ação de microorganismos em fossas sépticas.

A Biotecnologia abrange diferentes áreas do conhecimento que incluem a ciência básica (Biologia Molecular, Microbiologia, Biologia celular, Genética, Genômica, Embriologia etc.), a ciência aplicada (Técnicas imunológicas, químicas e bioquímicas) e outras tecnologias (Informática, Robótica e Controle de processos).

Agora abordaremos de forma mais direta o nosso tema "Utilização de microorganismos na Indústria e Biotecnologia".

Os microorganismos.

Microorganismo é o nome dado a todos os organismos compostos por uma única célula e que não podem ser vistos a olho nu, sendo visíveis apenas com o auxílio de um microscópio. Possuem organelas funcionais no interior de suas cápsulas ou células, como bactérias, protozoários, fungos unicelulares e algas unicelulares. Os micro-organismos são seres unicelulares fundamentais para a existência da vida no mais amplo sentido de importância tanto a nível orgânico no interior dos organismos como a nível ecológico agindo intensamente no meio ambiente. 

Por exemplo, as bactérias do gênero Rhizobium que são fixadoras de nitrogênio quando associadas às plantas da família das leguminosas como o feijão e a soja, essa associação ajuda no que chamamos de adubação verde, propiciando melhoras nutricionais ao solo.

Bactérias instaladas em raízes de leguminosas

Tabela: Os microrganismos dentro do marco da uma classificação biológica atual  

Olá pessoal, iniciaremos nosso trabalho a respeito dos microorganismos utilizados na Indústria e Biotecnologia. Estaremos postando com frequência vídeos e informações a respeito do assunto.

Para começo de conversa daremos uma pequena introdução sobre os microorganismos.