As Enzimas microbianas

1. Enzimas microbianas

Atualmente, enzimas derivadas de microorganismos têm sido extensivamente desenvolvidas para atender a diversas necessidades humanas, como fabricação de cerveja, conversão enzimática, diagnóstico e tratamento de doenças, produção de medicamentos, remoção de poluentes ambientais, etc(Deng et al., 2019). Esta capacidade de exploração de biossintéticos microbianos ocorreu naturalmente e foi facilitada pela ubiquidade dos microrganismos. Desse modo, atualmente, as enzimas são usadas como chaves de ativação de componentes em detergentes, em vários alimentos industrializados, na manufatura de papel, em biocombustíveis entre outros(Patil, Chopda, & Mahajan, 2011); (Maldonado, Macedo, & Rodrigues, 2014); (Sarmah et al., 2018)

De acordo com Lorenz e Eck (2005), as indústrias buscam genomas completos de microrganismos não cultivados, através da metagenômica e genômica, tornando-os uma rica fonte de novos biocatalisadores, uma vez que estes microrganismos não cultiváveis possuem uma grande diversidade que não pode ser estudada por práticas laboratoriais, mas são acessíveis pela bioinformática, permitindo conhecer novos metabólitos nunca estudados antes.

A preferência pela química orgânica sintética e não pela clássica catálise química para catálise enzimática, baseada em enzimas de microrganismos, é devido à químio, régio e enantiosseletividade que possuem. Adicionalmente, os produtos do metabolismo secundário microbiano são compatíveis tanto em relação à eficiência quanto com a sua interferência ambiental (Lorenz, Liebeton, Niehaus, & Eck, 2002).

Atualmente, as enzimas microbianas são as mais relevantes industrialmente(Singh, Kumar, Mittal, & Kumar, 2016), pois, somado a vários fatores os microrganismos que vivem em condições extremas, seja de pH ou temperatura, sintetizam enzimas que permitem sua sobrevivência nestes habitats. Existem também as técnicas de engenharia genética que simplificam o cultivo de microrganismos e modificam as propriedades de enzimas já existentes para que estas sejam aprimoradas (Harris, 2015); (Oliveira, Aguiar, & Domingues, 2017)

1. Biotecnologia e Metagenoma

Diante da crescente consciência com relação aos problemas ambientais, como a alta dos custos de energia, escassez de recursos fósseis, a poluição ambiental e uma economia globalizada, as indústrias tem buscado na biotecnologia ferramentas para a sustentabilidade(Vaishnav & Demain, 2017). Para isso, são necessárias novas enzimas, produtos e processos que estão presentes em microrganismos ainda não cultivados (Ahmad, Singh, Gupta, Sharma, & Kaur, 2019)

Por meio das técnicas atuais da biotecnologia diversos biocatalisadores têm sido desenvolvidos. Dessa forma, é cada vez maior a demanda pela descoberta de novos genes codificadores de produtos de interesse biotecnológico(Mustafa, Khan, Nguyen, & Iqbal, 2018)

As técnicas tradicionais de cultivo selecionam os microrganismos capazes de se desenvolver em meios de cultura pré-definidos. Estimativas feitas a partir de estudos em ecologia por meio da biologia molecular apontam que a diversidade microbiana obtida através de técnicas tradicionais de cultivo abrange somente uma fração, geralmente menos de 1%, da diversidade presente em amostras ambientais complexas, como por exemplo o solo(Lorenz et al., 2002) Apesar disso, por meio do desenvolvimento de culturas puras em meios com substratos específicos, muitos biocatalisadores foram obtidos e comercializados, como a nitrilase (Engels et al., 2000) e a lactamase (Taylor, Brown, Keene, & Taylor, 1999) entre outros.

A metagenoma, clonagem direta do DNA total provindo de uma amostra ambiental, foi proposta devido à discrepância existente ao comparar o número de microrganismos encontrados in situ e o número de colônias observadas no cultivo in vitro(Lorenz et al., 2002). Como prova da existência do número de microrganismos ainda não estudados está a descoberta de sequências do gene 16S rRNA obtidas de amostras ambientais não relatadas anteriormente(Rondon et al., 2000).O pioneiro a utilizar a clonagem direta do genoma de todos os microrganismos de um determinado habitat foi Schmidt em conjunto com colaboradores (1991), o que mais tarde viria a ser denominado de metagenoma(Lorenz et al., 2002) 

Esta tecnologia inovadora pode acelerar o processo de descoberta de genes que codificam novas enzimas e metabólitos secundários de comunidades microbianas sem cultivo prévio dos microrganismos(Voget et al., 2003) Desde então, numerosos estudos têm lidado com os métodos de extração de DNA metagenômico a partir de uma variedade de ambientes. De fato, várias enzimas novas foram identificadas com atividades e/ou sequências exclusivas dos mais diversos ambientes, como mar, solo, rios, entre outros. Voget e colaboradores (2003) isolaram mais de 15 genes diferentes codificadores de enzimas como agarase, amilase, celulase e lipase.

Adicionalmente, o metagenoma também tem por objetivo compreender melhor a ecologia microbiana global. As etapas para a exploração de DNAs metagenômicos são: isolamento do DNA total de determinado habitat, clonagem do DNA em microrganismos cultiváveis, triagem de microrganismos com atividade biológica(Lombard, Prestat, Elsas, & Simonet, 2011); (Ahmad et al., 2019). A seleção destes microrganismos pode se dar por identificação da atividade enzimática em substratos específicos ou por identificação de sequências, seja por PCR (Reação em Cadeia da Polimerase) ou hibridização por sondas(Uchiyama & Miyazaki, 2009)

É comum o estudo de consórcios microbianos em ambientes contaminados devido à elevada biodiversidade existente nesses locais. Além da biodiversidade, bibliotecas metagenômicas de ambientes que tenham sido submetidos a condições extremas têm maior probabilidade de que as enzimas encontradas também sejam capazes de agir em tais condições (Elend et al., 2006).

Referências

Ahmad, T., Singh, R. S., Gupta, G., Sharma, A., & Kaur, B. (2019). Metagenomics in the Search for Industrial Enzymes. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64114-4.00015-7