Produção biológica sustentável a partir de resíduos de cerveja
A equipa iGEM «Cozyme» utiliza a optogenética para transformar resíduos da produção de cerveja em jasmonato através do controlo por luz
A biologia sintética é considerada a chave para resolver os desafios globais. Uma equipa de estudantes da Universidade Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) enfrenta este desafio e volta a participar no concurso iGEM; é a décima primeira vez que uma equipa da HHU concorre. O iGEM (International Genetically Engineered Machine) é considerado, a nível mundial, a plataforma mais importante para jovens investigadores desenvolverem sistemas biológicos inovadores e redefinirem os limites do que é possível. Este ano, a equipa concorre com o «Cozyme»: o projeto de biofabricação visa dar resposta a desafios locais e tornar essas soluções escaláveis a nível global.
A Altbier é mais do que uma cerveja, é um pedaço de Düsseldorf. No entanto, com cada cerveja fabricada, surge um subproduto frequentemente ignorado: o chamado «grão usado da cerveja» (em inglês, «Brewer’s Spent Grain»). É precisamente aqui que entra a equipa iGEM deste ano da HHU com o seu projeto «Cozyme».
O objetivo é produzir produtos de base biológica de alta qualidade a partir de resíduos de fabrico de cerveja até agora pouco aproveitados – de forma sustentável, modular e com poupança de recursos. No centro das atenções da equipa iGEM da HHU estão, entre outros, os chamados jasmonatos. Trata-se de fitohormonas — substâncias sinalizadoras vegetais — que são utilizadas na agricultura como fertilizantes biológicos e como agentes para fortalecer as plantas. Com a ajuda destas substâncias, é possível, por exemplo, cultivar de forma mais eficiente cereais em maior quantidade e mais saudáveis, incluindo a cevada.
«Em última análise, isto garante a base de matérias-primas para a cerveja, o que, por sua vez, nos permite utilizar mais resíduos de cerveja como matéria-prima para a produção de novos jasmonatos – um ciclo biológico perfeito», explica Ole Nielsen, um dos líderes estudantis da equipa iGEM da HHU.
A equipa iGEM concentra-se numa bioprodução contínua, em que os microrganismos produzem substâncias de forma contínua, em vez de em lotes isolados. Está a desenvolver um sistema modular que, seguindo um princípio de construção modular, pode ser adaptado de forma flexível para decompor diversos resíduos biológicos e transformá-los em novos produtos. O núcleo inovador do projeto reside na chamada optogenética: diversos processos biológicos podem ser controlados através da luz.
«Esta tecnologia representa uma alternativa revolucionária às coculturas auxotróficas já estabelecidas», explica Lina Bollmann. Chamam-se «auxotróficos» os microrganismos que dependem do fornecimento de determinados nutrientes do seu ambiente, uma vez que não os conseguem sintetizar por si próprios. No entanto, uma desvantagem é que, na prática, as culturas auxotróficas clássicas apresentam frequentemente uma baixa taxa de crescimento e um baixo rendimento do produto. Além disso, é difícil manter essas coculturas em equilíbrio.
Na optogenética, a proporção populacional é controlada com precisão através de comprimentos de onda de luz. Com a ajuda de duas fontes de luz, a equipa pode intervir de forma seletiva: determinados comprimentos de onda permitem regular ou inibir o crescimento de estirpes específicas, de modo a equilibrar na perfeição a dinâmica populacional. Além disso, o controlo da luz permite uma separação temporal dos processos – primeiro, a celulose dos resíduos de cerveja é decomposta, antes de, numa segunda fase, a produção da substância-alvo, com base nos produtos da decomposição, ser maximizada.
«A particularidade do nosso sistema reside no facto de não se limitar apenas aos jasmonatos, mas de, graças à sua estrutura modular, permitir também a produção de outras substâncias. Optámos, numa primeira fase, pela produção de jasmonatos porque têm uma ligação direta com a indústria cervejeira, são bem estudados e, ao mesmo tempo, dão-nos a oportunidade de demonstrar o caráter modular do nosso sistema», explica Aniela Jakimowicz, membro da equipa.
Equipa Cozyme: A equipa deste ano é composta por 15 membros empenhados, provenientes de diferentes cursos e semestres: sete estudantes do curso de licenciatura em Biologia Quantitativa, uma estudante de Bioquímica e sete estudantes de mestrado em Biologia. A equipa conta com o apoio de vários orientadores – membros experientes de equipas anteriores da HHU na iGEM. Além disso, a equipa é acompanhada em questões técnicas pelos Investigadores Principais (PIs) Prof. Dr. Guido Grossmann, do Instituto de Biologia Celular e Interacional, e pelo Dr. Stefan Robertz.
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