TECNOLOGIA FARMACÊUTICA

Processos Biotecnológicos

Denise E. Moritz

Conteúdo Programático Unidade I• Processos Fermentativos (alimentos e bebidas). 1. Introdução; Biotecnologia clássica e atual. Importância dos processos fermentativos; Conceitos Gerais (Fermentação x Respiração (oxidação);  Micro-organismos industriais; Tipos de Micro-organismos; Metabolismo e nutrição  microbiana; Crescimento microbiano. Fermentadores e Principais Tipos de Produção; Técnicas de Separação  e Recuperação de produtos (Downstream); Legislação dos Processos Fermentativos. Produção de Aditivo Alimentar através de processo biotecnológico (batelada simples). Alimentos Funcionais.

Objetivos• Objetivos específicos: Conhecer a importância do papel biotecnológico dos Micro-organismos como produtores e interferentes nas transformações químicas dos alimentos. Conhecer os principais equipamentos utilizados nos processos biotecnológicos e sua aplicabilidade desde a produção até a recuperação do produto final. Ter noções das etapas metabólicas e transformações químicas ocorridas nos processos fermentativos. Conhecer os tipos de cinéticas do crescimento da célula, consumo de substrato, formação de produto em diferentes modelos de fermentadores Preparar o aluno para executar, conduzir e interferir desde o projeto até o produto final desejado.

Definição• Conceito mais abrangente: toda as

técnicas que incluem o “desenvolvimento e a aplicação de organismos biológicos na

produção de bens e serviços” (Salles Filho et al., 1985)

• Biotecnologia: “um conjunto de técnicas de natureza variada que envolve uma base

científica comum, de origem biológica, e que requer crescentemente o aporte de

conhecimento científico e tecnológico, oriundos de outros campos do conhecimento”

(Silveira&Salles Filho,1990)

Características da Biotecnologia• Multidisciplinaridade: biologia, química, informática, genética, botânica, farmacologia e etc...

• Dispersão: aplicação em diversos setores• Diferentes níveis de sofisticação tecnológica : Biotecnologia Clássica ou Tradicional e Biotecnologia Moderna

Biotecnologia Tradicional

Técnicas Aplicações

Processos Fermentativo eEnzimático

Diversas Apl icações Industriais:antibióticos, ácidos, álcoois,

vi taminas, aminoácidos,al imentos e bebidas.

Fixação Biológica de Ni t rogênio Soja, Fei jão

Cultura de Tecidos Produção de mudas

Extração BiológicaProdução de vacinas, soros e

biofármacos (insul inas bovina esuína)

Biotecnologia Moderna

Ténicas Aplicações

DNARecombinante

Industria Farmaceutica: Produção devacinas, biofármacos (insul ina, hormônio

do crescimento)Agricultura: Produção de sementes GMs

AnticorpoMonoclonal Saúde humana e animal: reagentes

Genômica

Saúde: Farmacogenômica, TerapiaGênica

Agricultura: combate a pragas (Estudosde genoma de fi topatógenos)

Pecuária: produtividade, doenças.

Segmentos de Mercado1. Saúde Humana:

Diagnósticos, fármacos, fitofármacos, vacinas, soros, biodiversidade2. Saúde Humana, Animal e Vegetal:

Identificação genética, Análise de transgênicos3. Saúde Animal:

Veterinária, reprodução animal, pet, vacinas, probióticos, aquacultura4. Agronegócio:

Melhoramento de plantas, transgenicos, produtos florestais, plantas ornamentaise medicinais, bioinseticidas, biofertilizantes, inoculantes , flores

5. Meio Ambiente: Biorremediação, tratamento de resíduos, análises6. Instrumentais complementares a Biotech:

Software, internet, bioinformática, e-commerce, P&D7. Industriais:

Química fina, enzimas8. Em sinergia:

Biomaterais, biomedicina, consultoria em biotech9. Fornecedores:

Equipamentos, insumos, suprimentosFonte: Biominas, 2001.

As maiores empresas de biotecnologia do mundo - 2000

• 9 das 10 maiores empresas de biotecnologia do mundo são fabricantes de medicamentos

Empresa Lucros em 2000 (U$milhões)

Observações

1. Amgen (EUA) $ 3.629

2. Genentech (EUA) $ 1.736 Subsidiária da RocheHoldings

3. Quitiles Transnational(EUA) $ 1.659

4. Erlan (Irlanda) 1.521Adquiriu a Quadrand,Liposome & DuraPharmaceuticals

5. Alza (EUA) $ 988Adquirida pela Johnson &Johnson por US$ 10.500milhões.

6. Chiron (EUA) $ 972

A Novartis é proprietária de50% da empresa. A Chironadquiriu a Pathogenesis em2000.

7. Biogen $ 926

8. Immunex $ 862A Americam Home Productsé proprietária de 41% daempresa.

9. Genzyme $ 75210. MedImmune $ 540Fonte: ETC Group, 2001.

Principais empresas de sementes - 2000

Empresas Nacionalidade Vendas Anuais (US$milhões)

Dupont(Pioneer) Eua 1938

Pharmacia (Monsanto) Eua 1600

Syngenta Suíça 958

Group Limagrain França 622

Grupo Pulsar (Seminis) México 474

Advanta (AstraZeneca/Cosun) ReinoÚnido/Holanda 373

Dow AgroSciences (+ Cargil Hybrid Seeds) Eua 350(estimado)

KWS AG Alemanha 332

Delta & Pine Land Eua 301

Aventis França 267Fonte: ETC Goup, 2001.

Empresas de Biotecnologia no Brasil

• Distribuição das empresas por estados

304 empresas, segundo estudo da Fundação Biominas. 81% na Região Centro-Sul

Empresas de Biotecnologia no Brasil• Distribuição das empresas por segmentos de mercado

As Instituições-Chave de Biotecnologia no Brasil

• Área da Saúde: Inst. Butantã, Fund. Osvaldo Cruz, Instituto de Tecnologia do Paraná, Instituto Ludwig, Unicamp, USP.

• Agricultura: Embrapa, IAC, Esalq, UFV.

Empresas

Cont.

Empresas de Biotecnologia Tradicional - Industria Química

• Mercocítrico : Empresa multinacional, produz ácido cítrico (processo fermentativo), não desenvolve atividades de inovação no Brasil.

• Cógnis:Multinacional do setor Química Fina, produz insumos para industria farmacêutica e de cosméticos. Desenvolve pesquisas em parcerias com universidades.

• Croda: Multinacional do Setor Química Fina. Produz óleos para a industria farmacêutica e de cosméticos. Criou a Crodamazon, empresa de bioprospecção situada na Amazônia.

Empresas em Biotecnologia Moderna

•RD Biotec: Empresa criada em maio de 2002 e instalada na Escola de Medicina da USP de Ribeirão Preto

• Objetivo: produzir em escala industrial uma vacina de DNA contra tuberculose e câncer , resultado de 10 anos de pesquisas na mesma universidade.

• Inovação: Tecnologia do DNA recombinante, associada com nanotecnologia nova formulação de vacina, que poderá ser aplicada em dose única e não mais em três, como a versão anterior.

• Fase atual: fase de experimentação em seres humanos• Única proposta de vacina gênica contra tuberculose

selecionada pela OMS

Empresas de Biotecnologia Moderna

• Alellyx: empresa de pesquisa e desenvolvimento de produtos de biotecnologia, que conta com o apoio da Votorantim Ventures

• objetivo: geração e comercialização de patentes na área de genômica aplicada.

• A empresa pretende investigar problemas que afetam as culturas de laranja, uva, cana-de-açucar, eucalipto e soja.

Fermentação & Oxidação

Conceito de Fermentação

“ Um processo em que transformações químicas são realizadas em um substrato

orgânico pela ação de enzimas produzidas por micro-

organismos”.

¹ Conceito discutido por Prescott e Dunn, e Doelle em suas obras.

Processo Fermentativo

Bioquimicamente esse processo metabólico se da com a parcial

oxidação de carboidratos e compostos relacionados para a

produção de compostos orgânicos mais reduzidos. Como

ocorre somente parte do processo de oxidação há um menor gasto de energia na

atividade.

FERMENTAÇÃO & OXIDAÇÃO

Metabolismo OXIDATIVO & fermentativoO

xidativo

Fermentativo

Citoplasma

Mitocôndria

Balanço energéticoGlicose - Piruvato

Piruvato - Etanol

Oxidativo

Fermentativo

Piruvato - LactatoFermentativo

Quadro de Comparação da Fermentação Alcoólica com a Lática Fonte: http://www.netxplica.com/Verifica/figuras/fermentacao.alcoolica.png

Mitocôndria

• O NAD+ e FAD+ recolhem elétrons libertados no catabolismo;

• Catabolismo é oxidativo – substratos perdem H+;• Anabolismo é redutivo - o NADPH e FADH fornecem

elétrons para os processos anabólicos.

Reações de oxi-redução no Metabolismo

Fermentação

Tanque de fermentação alcoólica de vinho

Fonte: http://4.bp.blogspot.com/_MGiZcWxFpoc/SJ3xU2RBd5I/AAAAAAAAHjg/Xbd4C15AsWk/s400/Potenciar_T_361.jpg

Tanques de fermentação lática chineses para a produção de Iorgute.

Fonte: http://stainlesssteeltanks.en.china.cn/selling-leads/detail,1071423200,Fermentation-Tanks.html

As Bactérias Acidoláticas

As bactérias acidoláticas são utilizadas nos

processos industriais de fermentação e

conservação de produtos agro-alimentares. A

fermentação láctica é uma das formas mais

antigas de conservação de produtos oriundos da

agricultura ou da indústria agro-alimentar.

Lactobacillus acidophilusFonte: http://www.icb.ufmg.br/biq/prodap/2001/baclact/probiotics6.jpg

As Bactérias Acidoláticas

Atualmente este grupo é composto pelos 12 gêneros de bactérias Gram-positivas:

Carnobacterium OenococcusEnterococcus PediococcusLactococcus StreptococcusLactobacillus TetragenococcusLactosphaera VagococcusLeuconostoc Weissella

Carnobacterium

Fonte: http://www.microbiologyatlas.kvl.dk/biologi/images/kolonier/carnobacterium.jpg

As Bactérias AcidoláticasAs necessidades de crescimento dessas bactérias incluem a presença de aminoácidos, vitaminas B e

bases púricas e pirimídicas. Embora elas sejam mesofílicas, algumas deles podem crescer em

temperaturas abaixo de 5°C e acima de 45°C. Com relação ao pH, a maioria cresce em uma faixa de 4,0 a 4,5, mas algumas podem crescer abaixo de

3,2 e outras acima de 9,6.

A fermentação e as bactérias láticasA principal função das bactérias na fermentação dos alimentos

é a acidificação destes produtos em um pH próximo

de quatro, que impede o desenvolvimento de bactérias indesejáveis pela produção de

ácidos orgânicos, majoritariamente ácidos

láticos, permitindo um maior tempo de fermentação dos

produtos. Lactococcus lactis

Fonte: http://www.microbiologyatlas.kvl.dk/biologi/images/kolonier/lactolactis.jpg

A fermentação e as bactérias láticas

Outro papel é desenvolver as propriedades

organolépticas dos alimentos fermentados. Por

meio da produção de um grande número de enzimas

glicolíticas, lipolíticas e proteolíticas, as bactérias transformam os nutrientes fundamentais dos produtos

agrícolas em compostos com propriedades

organolépticas complexas. Streptococcus

Fonte: http://lib.jiangnan.edu.cn/ASM/085-1.jpg

Produtos fermentados

Relacionando produtos resultantes da fermentação, podemos colocar em primeiro

lugar com produtos lácteos (iogurte, queijos, manteiga, creme), mas também

com carnes, frios, chá, sidra, e vinho (fermentação maloláctica).

Lactoderivados

Os laticínios, também denominados produtos lácteos,

são o grupo de alimentos que inclui o leite, assim como os seus

derivados processados (geralmente fermentados).

Fermentação Malolática

O processo para a produção do vinho envolve a fermentação alcoólica para a quebra dos açucares feita por certos tipos de leveduras. Terminada (ou

não) a fermentação alcoólica, os vinhos são passados a limpo para as cubas de armazenamento

onde ocorre fermentação malolática. Esta segunda fermentação consiste na transformação

do ácido málico em ácido lático por ação de bactérias lácticas adicionadas ao vinho, limitando a acidez fixa correspondente à metade da acidez do ácido málico. Em suma, uma parte da acidez do

vinho transforma-se em ácido carbônico volátil, o qual se desprende e desaparece.

Fermentação MaloláticaA fermentação maloláctica provoca um ligeiro aumento de acidez volátil da ordem 0.1 a 0.2 gramas. Isso é

consequência do ataque dos resíduos de açúcar e do ácido cítrico pelas

bactérias láticas, especialmente os "cocos", que se realiza ao mesmo

tempo do ataque do ácido málico ou que o segue de perto. Por causa

desta instabilidade, não e aconselhável empregar o ácido

cítrico em vinificação.

Tanque de fermentação malolática

Fonte: http://www.az3oeno.com/noticias/fot

os/28_malopost.jpg