A área de bioprocessos congrega profissionais de diversos campos, como engenheiros, biólogos, programadores, bioquímicos e economistas, com o objetivo de fabricar compostos que possuam propriedades biologicamente ativas de relevância para a indústria.
O processamento biotecnológico faz uso de enzimas e microrganismos para produzir produtos de alto valor em uma variedade de setores industriais, abrangendo domínios como química, farmacêutica, nutrição humana e animal, papel e celulose, têxteis, energia, materiais e polímeros. Notavelmente, essa abordagem utiliza matérias-primas renováveis, contribuindo para a sustentabilidade.
O bioprocesso abrange desde a preparação das matérias-primas até o processamento inicial, produção e refino do produto final. A ampliação do uso de bioprocessos na indústria tem como objetivo fundamental promover a sustentabilidade do setor, permitindo a criação de organismos mais eficazes e aumentando a produtividade, tanto em processos já estabelecidos quanto em novas abordagens.
Exemplos de aplicação de Bioprocessos:
A área de bioprocessos desempenha papéis em diversos campos, desde a produção de alimentos, farmacêutica, energia, entre outras. No decorrer do artigo, será explorado mais detalhadamente algumas dessas aplicações. Abaixo, há alguns exemplos iniciais:
- Bioprocessos na Indústria Alimentícia: Sendo utilizada principalmente para o enriquecimento nutricional de diversos alimentos, chamados de alimentos funcionais, a aplicação da biotecnologia no setor alimentício tem a capacidade de proporcionar soluções para a fome e a desnutrição, aprimorando a saúde humana e, ao mesmo tempo, diminuindo o impacto ambiental das operações industriais.
No contexto da agricultura, a biotecnologia agrícola é utilizada para aumentar a produtividade, diversificar alternativas de combate a pragas e insetos na lavoura e reduzir o impacto sobre o meio ambiente.
- Bioprocessos na indústria farmacêutica: Através das técnicas da biotecnologia e de bioprocessos, é possível desenvolver medicamentos para o tratamento de doenças raras e criar novas vacinas; modificando o DNA de organismos vivos, otimizando suas funções existentes ou conferindo-lhes novas capacidades específicas que anteriormente não possuíam.
Um exemplo é a criação de produtos que permitem o diagnóstico precoce do câncer, reduzindo a taxa de mortalidade. Além disso, a utilização de medicamentos anticancerígenos desenvolvidos por meio de processos biotecnológicos têm contribuído para o aumento das taxas de sobrevivência de pacientes.
- Bioprocessos na Produção de Biocombustíveis: nas pesquisas conduzidas pela Embrapa Agroenergia, os microrganismos desempenham um grande papel. A unidade está envolvida em uma variedade de projetos com o propósito de isolar, caracterizar e avaliar microrganismos. A tecnologia de bioprocessos faz o uso desses microrganismos para a produção de etanol.
- Bioprocessos na Indústria de Cosméticos: A indústria de cosméticos agora incorpora o bioprocesso para compreender o impacto de compostos químicos no corpo humano e para inovar no desenvolvimento de novos produtos. Por exemplo, o uso de tecidos sintéticos, como pele artificial, eliminando completamente a necessidade de testes em animais. Esses avanços são possibilitados pelo desenvolvimento de análises de microbioma de tecidos, análises de expressão gênica (uma técnica que permite compreender como os genes respondem à exposição a ingredientes cosméticos ativando ou desativando) e análises de enzimas.
- Biorreatores e substratos: Biorreatores são equipamentos projetados para converter matérias-primas, chamadas de substratos, em produtos por meio do uso de agentes biológicos, como células, enzimas ou microrganismos. Essa conversão geralmente acontece por meio de um processo fermentativo. O bioprocesso e a biotecnologia desempenham um papel em todo esse processo, envolvido em todas as fases: seleção do agente biológico a ser utilizado, a manipulação genética e nas etapas de purificação. Eles atuam como uma ferramenta essencial para aprimorar a eficiência e a qualidade dos desde a concepção até a produção final.
Os substratos simples, ou seja, as matérias-primas básicas, influenciam na eficiência, custos, logística e na sustentabilidade. A natureza desses insumos é o que cria a viabilidade e o impacto ambiental de uma transformação industrial. Já a geração de produtos a partir de substratos complexos, como medicamentos de alto valor agregado, justifica o uso de matérias-primas mais nobres, que aumentam os custos operacionais do bioprocesso, conhecidos como OPEX (operational expenditure).
Avanços tecnológicos
Atualmente, existem ferramentas para o design de componentes de biorreatores, modelagem, simulação e automação de bioprocessos. Além disso, há outros recursos para analisar sequências genéticas (DNA), vias metabólicas complexas e estruturas de proteínas por meio da bioinformática. Esses processos são fundamentados em técnicas de inteligência artificial, sendo aplicados na análise de conjuntos de dados biológicos, identificando padrões que impulsionam o desenvolvimento de novos bioprodutos, biossensores e bioprocessos.
Como, por exemplo, o desenvolvimento da vacina contra a Covid-19. Após a rápida identificação do vírus causador da doença, pesquisadores no mundo inteiro tiveram acesso à sequência genética do vírus por meio de bancos de dados online. Permitindo o início do desenvolvimento da vacina de RNA sem a necessidade de receber fisicamente o material viral.
No agora, o emprego crescente dessas ferramentas tornou-se uma prática cotidiana essencial. Por exemplo, no tratamento de efluentes de usinas de celulose, observa-se a incorporação de micro-organismos para aprimorar os processos de filtração. Nas indústrias alimentícias, a aplicação dessas tecnologias é crucial, especialmente no âmbito do controle de qualidade final e na produção em larga escala de enzimas específicas.
Perspectivas Futuras
Muito foi citado sobre as evoluções feitas através da engenharia genética e da sustentabilidade trazida por esses bioprocessos. Contudo, vislumbra-se, no futuro, uma integração ainda mais profunda entre a vida cotidiana e essas tecnologias. Por exemplo, espera-se que técnicas de medicina personalizada não apenas ampliem a longevidade, mas também redefinem nossa compreensão sobre determinadas doenças.
Além disso, a exploração de bioprocessos em ambientes extremos não apenas apresenta vantagens para a indústria, como foi citado, mas também desempenha um papel significativo na exploração espacial, uma fronteira que se desenha diante de nós. A aplicação de microrganismos geneticamente modificados em processos industriais sob condições de microgravidade emerge como uma potencial solução para a produção sustentável em futuras missões espaciais. Este cenário promissor sugere que as fronteiras da biotecnologia não se limitam à Terra, mas se estendem ao vasto e desafiador ambiente do espaço, promovendo inovações que transcendem os limites convencionais da ciência e da tecnologia.
Conclusão
Em conclusão, a inovação em bioprocessos representa um avanço significativo que transcende diversas disciplinas, impactando setores cruciais, desde a produção de alimentos até a exploração espacial. A utilização de enzimas e microrganismos não apenas diversifica as aplicações industriais, abrangendo agricultura, farmacêutica, energia e cosméticos, mas também destaca seu papel fundamental na promoção da sustentabilidade através do uso de matérias-primas renováveis.
Exemplos concretos, como a produção de alimentos enriquecidos e medicamentos inovadores, evidenciam não apenas a eficácia, mas também a importância desses bioprocessos na abordagem de desafios globais como fome, desnutrição e busca por fontes de energia mais limpas.
A introdução de tecnologias avançadas, como ferramentas de design de biorreatores e inteligência artificial na análise de dados biológicos, ilustra a constante evolução na pesquisa e desenvolvimento de bioprocessos. Essas ferramentas desempenham um papel vital em conquistas recentes, como o desenvolvimento rápido da vacina contra a Covid-19.
Ao projetar o futuro, antecipa-se uma integração mais profunda dessas tecnologias na vida cotidiana, com a medicina personalizada redefinindo a compreensão de doenças e a exploração de bioprocessos em ambientes extremos, ampliando as fronteiras de aplicação, inclusive na exploração espacial. Assim, a biotecnologia não apenas molda o presente, mas também oferece perspectivas inovadoras que ultrapassam os limites convencionais da ciência e da tecnologia, apontando para um futuro repleto de descobertas e avanços extraordinários.
Elaborado por integrantes do AIChE Maringá.
Referências:
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