Uma plataforma tecnológica inédita no Brasil, baseada na integração de ciências multiômicas (metabolômica, proteômica e fluxômica), permitiu mapear e otimizar o funcionamento molecular de leveduras para a produção de compostos químicos de alto valor agregado a partir de açúcares. O avanço desenvolvido pela pesquisadora Patrícia Abdelnur, da Embrapa Agroenergia (DF), em estudo de 18 meses como cientista visitante no Centro Helmholtz de Pesquisa Ambiental (UFZ), na Alemanha, abre caminho para a substituição de insumos derivados de petróleo por alternativas de base renovável.
O trabalho desenvolveu-se em uma área ainda pouco explorada no Brasil e na Embrapa. A ideia foi combinar as ciências ômicas (metabolômica, proteômica e fluxômica – veja quadro abaixo) para fornecer dados de biologia de sistemas (abordagem que estuda organismos e/ou seus componentes de forma holística) relacionados à produção de bioprodutos e bioinsumos, com ampla gama de aplicação agroindustrial.
Nos testes em biorreatores de laboratório, os pesquisadores alcançaram uma boa produtividade de ácido p-hidroxibenzoico (PHBA) com o uso de uma levedura modificada (Saccharomyces cerevisiae, linhagem 262 GMO). O PHBA é um precursor químico essencial para a fabricação de polímeros, fármacos, cosméticos e insumos agrícolas a partir de biomassa.
A pesquisa utilizou a técnica de análise de fluxo metabólico com carbono marcado (13C-MFA) para identificar gargalos na dinâmica celular do microrganismo. Como resultado, foi construído um banco de dados com mais de 28 mil metabólitos e cerca de 1.700 proteínas anotadas, o que permite projetar microrganismos para maximizar a eficiência industrial.
Gargalos moleculares e otimização
O uso das multiômicas permitiu superar desafios operacionais, como o cultivo de linhagens mantidas a -80 °C por longos períodos. Durante o processo, a otimização dos protocolos de fermentação reduziu a concentração de glicose no meio de cultivo de 20 g/L para 10 g/L, ajuste decisivo para viabilizar os custos dos experimentos com marcadores isotópicos.
A precisão analítica permitiu detectar que linhagens modificadas direcionaram a rota metabólica de forma contínua e exclusiva para a síntese do PHBA. Segundo a pesquisadora Patrícia Abdelnur, a identificação detalhada das etapas limitantes é indispensável para eliminar desperdícios e garantir eficiência em escala.
“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”, destaca Abdelnur.
Aplicação na biodiversidade brasileira
O conhecimento obtido poderá ser aplicado no mapeamento do banco de microrganismos mantido pela Embrapa, que reúne mais de 20 mil ativos da biodiversidade brasileira. A meta é acelerar a bioprospecção de cepas com potencial para gerar bioinsumos, ingredientes funcionais e moléculas de interesse agroindustrial.
A abordagem traz potencial direto para impactar a matriz produtiva nacional. Atualmente, o setor químico brasileiro registra um déficit comercial expressivo devido à alta dependência da importação de produtos químicos. A produção local a partir de biomassa surge como alternativa sustentável para a reindustrialização do País.
O estudo foi conduzido 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 (UFZ), na Alemanha.
Segundo Patrícia Abdelnur, o conhecimento adquirido no projeto pode contribuir para o desenvolvimento tanto de microrganismos de interesse industrial como de bioprocessos para obtenção de bioinsumos, compostos aromáticos, ingredientes funcionais e outras moléculas de interesse agroindustrial.
“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 a pesquisadora. Ela informa que um projeto foi submetido a uma agência de fomento para aplicar a mesma estratégia na produção de outro bioproduto.
Ciências ômicas ampliam a compreensão dos organismos
As ciências ômicas reúnem abordagens usadas para analisar, em larga escala, as moléculas que fazem os organismos funcionar. Em vez de olhar apenas para uma substância isolada, os pesquisadores investigam o conjunto completo:
- Genômica: estuda o DNA (o código genético).
- Transcriptômica: analisa os RNAs produzidos pelas células (quais genes estão ativos).
- Proteômica: investiga as proteínas (que executam as funções celulares).
- Metabolômica: analisa os metabólitos (moléculas resultantes das reações químicas).
- Fluxômica: investiga o fluxo dessas substâncias pelas rotas metabólicas.
Ao combinar técnicas de laboratório de alta capacidade com bioinformática, as ciências ômicas permitem entender como plantas, animais e microrganismos respondem a desafios como seca, altas temperaturas e pragas. Na agropecuária, esses dados aceleram o desenvolvimento de novas cultivares, bioinsumos e estratégias de manejo mais sustentáveis.
Segundo Patricia Abdelnur, no projeto foram utilizadas proteômica, metabolômica e fluxômica para aumentar a produção de bioprodutos com aplicação agroindustrial.
Impacto para a indústria nacional
A ampliação do domínio da biologia de sistemas pode auxiliar na redução do déficit comercial da indústria química brasileira que, de acordo com a Associação Brasileira da Indústria Química (Abiquim), foi estimado em US$ 48,7 bilhões (cerca de R$270 bilhões) na área de produtos químicos finos em 2024. A capacidade de sintetizar compostos de alto valor agregado a partir de biomassa renovável fortalece a autonomia tecnológica e impulsiona a bioeconomia no País.
Fonte: Maria Cristina de Faria (Embrapa Agroenergia)
