Evolução age contra biofabricação em escala industrial

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/05/2018

Tudo vai bem nos biorreatores em escala de laboratório - mas, nos volumes envolvidos, na escala industrial a evolução acontece a uma velocidade não prevista pelos cientistas. [Imagem: Embrapa/Vivian Chies]

Evolução contra biofabricação

Virtualmente todas as rotas tecnológicas em direção a uma química mais verde e à produção de biocombustíveis de terceira geração passam por gigantescos biorreatores, tanques onde bactérias geneticamente modificadas transformam algum tipo de biomassa em produtos úteis.

Mas parece que os cientistas se esqueceram de combinar esse negócio com a evolução - as bactérias evoluem rapidamente para fazer o que é melhor para elas, o que não necessariamente é o melhor para a biofabricação.

"Usando uma nova abordagem ultra-profunda de sequenciamento de DNA, descobrimos que a evolução restringe a bioprodução," disse Morten Sommer, da Universidade Técnica da Dinamarca.

Natureza contra as modificações genéticas

Os experimentos feitos pela equipe mostram que os mecanismos da evolução limitam o aumento da escala de produção dos biorreatores por meio de uma variedade de mutações mais ampla e mais rápida do que se calculava.

"A evolução de subpopulações de células não produtivas levou à perda de produção em nossos estudos de caso. A velocidade da evolução depende do produto bioquímico, mas ela pode definitivamente acontecer dentro das escalas de tempo industriais. Isso dificulta o escalonamento dos processos biológicos," acrescentou Peter Rugbjerg, membro da equipe.

Os resultados sugerem que os genes modificados nas bactérias produtoras de substâncias químicas sofrem mutações principalmente por danos não previstos pelos cientistas e por rearranjos genéticos - em vez das mutações pontuais clássicas mais lentas, conhecidas como polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs).

As mutações tornam as células não produtoras mais adequadas à competição por nutrientes nos tanques de fermentação.

"Descobrimos que uma ampla diversidade de rupturas genéticas transformou as células produtoras em não produtoras quando sequenciamos milhares de organismos de produção ao longo do tempo. As células têm muitas formas internas de remover genes desnecessários, e ocorre que o mais importante é negligenciado nas ferramentas padrão de análise," disse Rugbjerg.

Evolução prejudicial

A expectativa da equipe é que sua descoberta sirva de base para que a indústria se antecipe à evolução, trabalhando para anular as mutações indesejadas em seus microrganismos geneticamente modificados.

Para isso, eles estão agora validando sua abordagem de bioinformática e testando o quão difundido é o problema na indústria real, o que está sendo feito por meio de colaborações com empresas de fermentação.

"Com base nessas descobertas, eu incentivaria as empresas que fazem fermentações em escala industrial a implantar o sequenciamento profundo das populações de fermentação para avaliar a extensão da evolução prejudicial," disse Morten Sommer.

Bibliografia:

Diverse genetic error modes constrain large-scale bio-based production
Peter Rugbjerg, Nils Myling-Petersen, Andreas Porse, Kira Sarup-Lytzen, Morten O. A. Sommer
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 787
DOI: 10.1038/s41467-018-03232-w