Elas estão por toda parte: rios, lagos, oceanos e até mesmo solos úmidos. Mas ainda há um longo caminho a ser explorado quando se pensa na imensa potencialidade biotecnológica das microalgas ‒ seres unicelulares e fotossintetizantes que são objeto de estudo do Grupo de Biotecnologia Molecular e Estrutural (GBME) da Universidade Federal do Ceará. A pesquisa, coordenada pelo Prof. André Luis Coelho, investiga novas aplicações desses organismos com foco principal na prospecção de compostos bioativos, em particular, proteínas. Para isso, está sendo desenvolvido um banco de microalgas.
“Essas microalgas têm alta taxa de síntese de proteínas, mas pouco se sabe sobre quais proteínas estão sendo sintetizadas. Será que elas estão produzindo alguma enzima de interesse industrial importante?”, indaga-se Coelho.
Atualmente, os estudos sobre esses micro-organismos se concentram no elevado teor de lipídios ou polissacarídeos para a produção de biocombustíveis.
A ideia do GBME, porém, é trabalhar outras potencialidades, como a prospecção de moléculas com possíveis aplicações biotecnológicas, por exemplo, antioxidantes e antimicrobianas para o uso em cosméticos; proteínas nativas (produzidas pelo próprio organismo) ou heterólogas (produzidas pelo organismo a partir de uma modificação genética) para fins alimentícios, industriais e terapêuticos; e lipídios, principalmente o ômega-3. Neste último caso, o grupo pretende fabricar biomassa microalgal para outros pesquisadores, que isolam essa gordura e fazem seus testes.
Confira abaixo a matéria também em áudio, produzida pela rádio Universitária FM:
Outro foco do laboratório é a utilização desses organismos para o tratamento de água. Os pesquisadores fazem o cultivo em efluentes (resíduos provenientes das indústrias, dos esgotos e das redes pluviais) coletados de estações de tratamento locais.
Os efluentes são utilizados como meio de cultura para fazer essas algas unicelulares crescerem e produzirem biomassa com um custo menor. Ao mesmo tempo que se alimentam dos nutrientes presentes no líquido, algumas espécies fazem um processo de pré-tratamento. “A água não fica potável, mas é possível retirar alguns componentes poluentes do meio ambiente”, pondera o professor.
Atualmente, cinco espécies têm se adaptado bem ao cultivo no laboratório (com possíveis 10 novos alvos, em processo de caracterização e classificação). Uma delas é do gênero Chlorococcum, de coloração verde-escura, coletada no Ceará. Outra, a Chlorella vulgaris (bastante estudada e comercialmente bem estabelecida para o desenvolvimento de biocombustível) está sendo testada para o uso em cosméticos, em colaboração com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), em razão de seu alto poder antioxidante.
Confira mais fotos sobre a pesquisa com microalgas no Flickr da UFC
Para a indústria alimentícia, o laboratório estuda essa mesma Chlorella para utilização como aditivo em cerveja artesanal. Atualmente, ela é classificada como organismo “geralmente reconhecido como seguro” (em inglês, GRAS) pela Food and Drug Administration (FDA), o que garante seu uso como alimento sem riscos à saúde humana. A ideia do GBME é investir no estudo de outras espécies, à medida que forem consideradas seguras para o ser humano.
CULTIVO
No laboratório, as algas unicelulares são cultivadas em fotobiorreatores fechados, onde são controlados os níveis de temperatura, luz, oxigênio e gás carbônico. Algumas necessitam de suplementação, feita com vitaminas, por exemplo.
Por serem de espécies diferentes, esses seres microscópicos – que podem ficar em solução ou formar colônias – são acondicionados em tanques de crescimento de formatos diferenciados a depender de sua necessidade, verificada em testes iniciais. Aqueles armazenados em fotobiorreatores retangulares de placa plana, por exemplo, mostraram crescimento mais satisfatório com maior luminosidade, enquanto os cultivados em tanques cilíndricos são mais eficientes com menor incidência de luz. A partir do cultivo, acumula-se a biomassa com a qual são prospectados os compostos bioativos.
Algumas espécies são altamente resistentes, oriundas de porções de água de nossa caatinga. “São águas salinizadas, com grandes variações de pH, em regiões de alta temperatura e luminosidade, ambientes que podem ser considerados extremófilos”, explica Coelho.
A coleta e identificação das espécies é feita em parceria com o Herbário da Universidade do Vale do Acaraú (UVA), o Instituto de Botânica de São Paulo e a Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP). Após a identificação, verifica-se também se o organismo pode produzir grande quantidade de biomassa, e se essa matéria viva tem efetivamente componentes atrativos para a aplicação biotecnológica.
As microalgas conseguem manter suas características ao longo do crescimento com menos influência do que uma planta completa. Há uma padronização das condições ideais de crescimento, uma biomassa maior e mais homogênea. Além disso, a produtividade das microalgas pode ser de 10 a 100 vezes maior do que os cultivos agrícolas tradicionais
A produção de boa quantidade de biomassa, inclusive, é fator determinante para a continuidade do cultivo. Isso porque, se não houver uma acumulação suficiente de matéria viva, não é possível fazer a extração dos componentes que se pretende estudar. De toda maneira, mesmo se a espécie não tiver uma finalidade para a pesquisa do GBME, ela pode ajudar outros pesquisadores.
“Em termos de ciência básica, se for caracterizada uma nova espécie, isso é interessante para as pesquisas desenvolvidas na fisiologia e sistemática de microalgas, por exemplo. A partir do momento que a gente vai avançando no trabalho, vai cadastrando as espécies estudadas no SISGEN [Sistema Nacional de Gestão do Patrimônio Genético e do Conhecimento Tradicional Associado”, explica Coelho.
Como fonte de matéria viva, as microalgas levam vantagem sobre as plantas. Não sofrem com a sazonalidade nos cultivos indoor, produzindo biomassa o ano inteiro durante curtos períodos de crescimento (em torno de 15 dias). “Pelo fato de serem unicelulares, conseguem manter suas características ao longo do crescimento com menos influência do que uma planta completa, no que se refere à nutrição, à luminosidade etc. Então, você tem uma padronização das condições ideais de crescimento, uma biomassa maior e mais homogênea do que você teria numa planta e num tempo bem menor. Além disso, a produtividade das microalgas pode ser de 10 a 100 vezes maior do que os cultivos agrícolas tradicionais”, enumera Coelho.
PROSPECÇÃO
A aquisição das microalgas é a primeira etapa do processo. Nessa fase, esses micro-organismos são coletados em diferentes regiões do semiárido cearense ou adquiridos de coleções nacionais mantidas em diferentes instituições de ensino e pesquisa. Após a identificação, são feitos testes para saber se as espécies produzem biomassa em boa quantidade. Essa matéria viva cultivada no fotobiorreator é colhida, lavada e submetida ao processo de secagem. “É uma pré-purificação, a gente seca por liofilização, obtendo o pó da microalga. A partir desse pó, são feitos testes bioquímicos e físico-químicos para analisar os componentes conforme a aplicação que se deseja”, explica. É nesse momento que é realizada a prospecção das moléculas de interesse biotecnológico.
O Prof. André Luis Coelho ressalta a importância do trabalho colaborativo executado pelo GBME. “Tem um leque muito grande de abordagem a partir do momento de escolha do alvo de estudo. Como temos outros parceiros que trabalham com outras biomoléculas, cedemos esse material para que eles não precisem fazer o cultivo. A pesquisa não fica orbitando somente aqui no laboratório.”
SAIBA MAIS
As pesquisas com microalgas desenvolvidas no Grupo de Biotecnologia Molecular e Estrutural (GBME) tiveram início em 2017, com um projeto em conjunto com o Laboratório de Desenvolvimento de Produtos e Processos do Parque de Desenvolvimento Tecnológico (LDPP-PADETEC) da UFC, coordenado pelo Prof. José Oswaldo Carioca. Lá, a prospecção tinha como foco as formas de cultivo para escalonamento. De lá para cá, a equipe do GBME passou a se dedicar à prospecção em nível molecular. São coordenadores do grupo os professores André Luis Coelho e Bruno Anderson Matias da Rocha.
O GBME tem hoje três projetos ativos: Produção de Biomassa Microalgal em Fotobiorreatores para Prospecção de Proteínas com Potenciais Biotecnológicos, em parceria com o LDPP-PADETEC, Laboratório de Tecnologia do Pescado (LATEPE) da UFC e Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP); Prospecção de Microalgas em Corpos d’Água da Região Cearense, em colaboração com o Herbário da UVA, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE) e Instituto de Botânica de São Paulo; Aplicação da Biomassa Microalgal para Elaboração de Bioprodutos Alimentícios e Cosméticos, em parceria com o Laboratório de Tecnologia de Biomassa da EMBRAPA, LATEPE e Laboratório de Histologia da Faculdade de Medicina da UFC (Campus de Sobral).
Fonte: Prof. André Luis Coelho, coordenador do Grupo de Biotecnologia Molecular e Estrutural da UFC – e-mail: andre.coelho@ufc.br
