Cientistas de Birmingham revelaram um novo método para aumentar a eficiência da biocatálise, em um artigo publicado hoje na Horizontes de Materiais.
A biocatálise usa enzimas, células ou micróbios para catalisar reações químicas e é usada em ambientes como as indústrias alimentícia e química para fabricar produtos que não são acessíveis pela 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 colinão são necessariamente bons na formação de biofilmes, os ecossistemas promotores de crescimento que formam um microambiente protetor em torno de comunidades de micróbios e aumentam sua resiliência e, assim, aumentam a produtividade.
Este problema é normalmente resolvido pela engenharia genética, mas os pesquisadores Dr. Tim Overton, da Escola de Engenharia Química da universidade, e o Dr. Francisco Fernández Trillo, da Escola de Química*, ambos membros do Instituto de Microbiologia e Infecção, decidiram criar um método alternativo para contornar esse processo caro e demorado.
Os pesquisadores identificaram uma biblioteca de polímeros sintéticos e os examinaram quanto à sua capacidade de induzir a formação de biofilme em E. coliuma bactéria que é um dos microrganismos mais amplamente estudados e comumente utilizados em biocatálise.
Esta triagem usou uma cepa de E. coli (MC4100) que é amplamente utilizado na ciência fundamental para estudar genes e proteínas e é conhecido por ser pobre na formação de biofilmes, e comparou-o com outro E. coli cepa PHL644, uma cepa isogênica obtida por evolução que é uma boa formadora de biofilme.
Esta triagem revelou os produtos químicos que são mais adequados para estimular a formação de biofilme. Os polímeros hidrofóbicos superaram os polímeros levemente catiônicos, com derivados aromáticos e heteroaromáticos apresentando desempenho muito melhor do que os polímeros alifáticos equivalentes.
Os pesquisadores então monitoraram a biomassa e a atividade biocatalítica de ambas as cepas incubadas na presença desses polímeros e descobriram que o MC4100 igualou e até superou o PHL644.
Estudos posteriores examinaram como os polímeros estimulam esses aumentos profundos na atividade. Aqui a pesquisa indicou que os polímeros precipitam em solução e agem como coagulantes, estimulando um processo natural chamado floculação que faz com que as bactérias formem 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 burro de carga em biotecnologia. Isso resultou em uma pequena biblioteca de polímeros sintéticos que aumentam a formação de biofilme quando usados como aditivos simples para cultura microbiana. Até onde sabemos, atualmente não existem métodos que forneçam essa simplicidade e versatilidade ao promover biofilmes para bactérias benéficas.”
“Esses polímeros sintéticos podem contornar a necessidade de introduzir as características para a formação de biofilmes por meio da edição de genes, que é cara, demorada, não reversível e requer uma pessoa qualificada em microbiologia para implementá-la. Acreditamos que essa abordagem tem um impacto além dos biofilmes para biocatálise. Uma estratégia semelhante poderia ser empregada para identificar polímeros candidatos para outros microorganismos, como probióticos ou leveduras, e desenvolver novas aplicações em ciência de alimentos, agricultura, biorremediação ou saúde.”
A University of Birmingham Enterprise entrou com um pedido de patente para o método e aditivos de polímero e agora está buscando parceiros comerciais para licenciamento.
*O Dr. Fernandez-Trillo está agora na Universidade da Corunha, Espanha.