Novo método para promover a formação de biofilme e aumentar a eficiência da biocatálise
Os cientistas de Birmingham revelaram um novo método para aumentar a eficiência na biocatálise, em um artigo publicado em 30/7/2022 na Materials Horizons.
A biocatálise usa enzimas, células ou micróbios para catalisar reações químicas e é usada em ambientes como indústrias alimentícias e químicas para fabricar produtos que não são acessíveis por síntese química. Pode produzir produtos farmacêuticos, produtos químicos finos ou ingredientes alimentícios em escala industrial.
No entanto, um grande desafio na biocatálise é que os micróbios mais comumente usados, como probióticos e cepas não patogênicas de Escherichia coli, não são necessariamente bons em formar biofilmes, os ecossistemas promotores de crescimento que formam um microambiente protetor em torno de comunidades de micróbios e aumentar sua resiliência e, assim, aumentar a produtividade.
Este problema é normalmente resolvido por engenharia genética , mas os pesquisadores Dr. Tim Overton da Escola de Engenharia Química da universidade, e Dr. Francisco Fernández Trillo da Escola de Química, ambos membros do Instituto de Microbiologia e Infecção, estabeleceram para criar um método alternativo para contornar esse processo caro e demorado.
Os pesquisadores identificaram uma biblioteca de polímeros sintéticos e os examinaram por sua capacidade de induzir a formação de biofilme em E. coli, uma bactéria que é um dos microrganismos mais estudados e comumente usado em biocatálise.
Essa triagem utilizou uma cepa de E. coli (MC4100) que é amplamente utilizada na ciência fundamental para estudar genes e proteínas e é conhecida por ser pobre na formação de biofilmes, e comparou-a com outra cepa de E. coli PHL644, uma cepa isogênica obtida através de evolução que é um bom formador de biofilme.
Essa triagem revelou as químicas mais adequadas para estimular a formação de biofilme. Polímeros hidrofóbicos superaram polímeros levemente catiônicos, com derivados aromáticos e heteroaromáticos tendo um desempenho muito melhor do que os polímeros alifáticos equivalentes.
Os pesquisadores então monitoraram a biomassa e a atividade biocatalítica de ambas as cepas, incubaram a presença desses polímeros e descobriram que o MC4100 combinava e até superava o PHL644.
Outros estudos examinaram como os polímeros estimulam esses aumentos profundos na atividade. Aqui a pesquisa indicou que os polímeros precipitam em solução e atuam como coagulantes, estimulando um processo natural chamado floculação que desencadeia bactérias para formar biofilmes.
Dr. Fernandez-Trillo disse: “Nós exploramos um amplo espaço químico e identificamos os produtos químicos e polímeros de melhor desempenho que aumentam a atividade biocatalítica de E. coli, um cavalo de batalha em biotecnologia. Isso resultou em uma pequena biblioteca de polímeros sintéticos que aumentam o biofilme quando usados como simples aditivos à cultura microbiana. Até onde sabemos, atualmente não existem métodos que proporcionem essa simplicidade e versatilidade na promoção de biofilmes para bactérias benéficas.”
“Esses polímeros sintéticos podem contornar a necessidade de introduzir os traços para a formação de biofilme por meio da edição de genes, que é caro, demorado, não reversível e requer um profissional especializado em microbiologia para implementá-lo. Acreditamos que essa abordagem tem um impacto além dos biofilmes para biocatálise. Uma estratégia semelhante pode ser empregada para identificar polímeros candidatos para outros microrganismos, como probióticos ou leveduras, e desenvolver novas aplicações em ciência de alimentos, agricultura, biorremediação ou saúde.”
A University of Birmingham Enterprise apresentou um pedido de patente para o método e aditivos poliméricos e agora está buscando parceiros comerciais para licenciamento.
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