Uma tecnologia desenvolvida pela Embrapa pode abrir caminho para a produção de compostos químicos de alto valor agregado a partir de açúcares, reduzindo a dependência de matérias-primas derivadas do petróleo. A plataforma utiliza diferentes técnicas para mapear e otimizar o funcionamento de leveduras e direcioná-las à produção de moléculas de interesse da indústria.
O avanço foi obtido pela pesquisadora Patrícia Abdelnur, da Embrapa Agroenergia, durante estudo de 18 meses como cientista visitante no Centro Helmholtz de Pesquisa Ambiental (UFZ), na Alemanha.
A plataforma, considerada inédita no Brasil, integra três áreas das chamadas ciências ômicas — metabolômica, proteômica e fluxômica — para compreender detalhadamente o funcionamento molecular dos microrganismos.
Nos testes realizados em biorreatores de laboratório, os pesquisadores conseguiram produzir ácido p-hidroxibenzoico (PHBA) utilizando uma linhagem modificada da levedura Saccharomyces cerevisiae.
O PHBA funciona como precursor químico para a fabricação de diferentes produtos, entre eles polímeros, medicamentos, cosméticos e insumos agrícolas. A diferença é que, por meio da rota estudada, a molécula pode ser obtida a partir de biomassa renovável.
“Desenvolver novos produtos de base renovável para substituir combustíveis fósseis é um dos grandes desafios atuais e a integração das ciências ômicas impulsiona esse desenvolvimento”, afirma Patrícia.
Tecnologia identifica gargalos na produção
Uma das técnicas utilizadas foi a análise de fluxo metabólico com carbono marcado, conhecida como 13C-MFA. A ferramenta permite acompanhar o caminho percorrido pelo carbono dentro das células e identificar gargalos que podem limitar a produção de determinada molécula.
A partir das análises, os pesquisadores construíram um banco de dados com mais de 28 mil metabólitos e cerca de 1,7 mil proteínas anotadas.
Essas informações podem ser utilizadas para projetar microrganismos mais eficientes, capazes de direcionar uma parcela maior de seu metabolismo para a fabricação do produto desejado.
A precisão das análises também permitiu identificar que as linhagens geneticamente modificadas utilizadas no estudo direcionaram continuamente a rota metabólica para a síntese do PHBA.
Segundo a pesquisadora, identificar detalhadamente as etapas que limitam a produção é fundamental para reduzir desperdícios e aumentar a eficiência dos processos quando a tecnologia avançar para escalas maiores.
O trabalho também exigiu adaptações nos protocolos de fermentação. Entre os desafios estava o cultivo de linhagens que permaneceram armazenadas a temperaturas de -80 °C durante longos períodos.
Durante os experimentos, os pesquisadores conseguiram reduzir a concentração de glicose utilizada no meio de cultivo de 20 gramas por litro para 10 gramas por litro.
A redução de 50% foi considerada importante para diminuir os custos dos experimentos realizados com marcadores isotópicos.
O estudo integra metabolômica, proteômica e fluxômica para gerar dados de biologia de sistemas, abordagem que procura compreender de maneira integrada o funcionamento de organismos e de seus componentes.
Uma das possibilidades abertas pela pesquisa é aplicar a metodologia ao banco de microrganismos mantido pela Embrapa, que reúne mais de 20 mil ativos da biodiversidade brasileira.
A ideia é acelerar a identificação de cepas com potencial para produzir bioinsumos, ingredientes funcionais, compostos aromáticos e outras moléculas de interesse do agronegócio e da indústria.
A estratégia permitiria avaliar com maior precisão quais microrganismos apresentam características adequadas para diferentes processos industriais e, posteriormente, otimizar seu funcionamento para aumentar a produtividade.
Segundo Patrícia, o conhecimento adquirido pode contribuir tanto para o desenvolvimento de microrganismos de interesse industrial quanto para novos bioprocessos.
“Essa transferência de conhecimento colabora para ampliar a capacidade de inovação da Embrapa e fortalecer o desenvolvimento de tecnologias voltadas à bioeconomia e à produção sustentável”, afirma.
Um novo projeto já foi submetido a uma agência de fomento com o objetivo de aplicar a mesma estratégia à produção de outro bioproduto.
O que são as ciências ômicas?
As chamadas ciências ômicas permitem analisar em larga escala diferentes conjuntos de moléculas responsáveis pelo funcionamento dos organismos.
A genômica, por exemplo, estuda o conjunto do DNA, enquanto a transcriptômica analisa os RNAs produzidos pelas células e ajuda a identificar quais genes estão ativos.
A proteômica investiga as proteínas responsáveis pela execução de diferentes funções celulares. A metabolômica analisa os metabólitos, moléculas produzidas pelas reações químicas do organismo. Já a fluxômica acompanha o fluxo dessas substâncias pelas diferentes rotas metabólicas.
No trabalho desenvolvido pela Embrapa foram combinadas proteômica, metabolômica e fluxômica.
Associadas a ferramentas de bioinformática, essas técnicas permitem compreender como plantas, animais e microrganismos funcionam e respondem a diferentes condições.
Na agropecuária, as informações podem contribuir para acelerar o desenvolvimento de bioinsumos, novas cultivares, bioprodutos e estratégias de manejo.
Tecnologia pode ajudar a reduzir dependência externa
Além dos ganhos ambientais, o desenvolvimento de moléculas a partir de biomassa tem potencial econômico para o Brasil.
O país ainda apresenta elevada dependência de produtos químicos importados. Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria Química (Abiquim) citados pela Embrapa, o déficit comercial na área de produtos químicos finos foi estimado em US$ 48,7 bilhões em 2024, equivalente a aproximadamente R$ 270 bilhões.
A possibilidade de produzir no Brasil compostos de maior valor agregado utilizando matérias-primas renováveis pode contribuir para reduzir essa dependência, além de estimular a bioeconomia e ampliar a autonomia tecnológica da indústria nacional.
O estudo foi realizado no âmbito do projeto “Integração de multiômicas para a produção de bioprodutos a partir de leveduras por rotas biotecnológicas”, desenvolvido em parceria com o grupo liderado por Jens Olaf Krömer, no Centro Helmholtz de Pesquisa Ambiental, na Alemanha.
