Banco de microrganismos da Fermentec preserva a genética há mais de 30 anos

Um banco de microrganismos é uma coleção de culturas que tem como principal objetivo conhecer, preservar e proteger o patrimônio genético de leveduras e bactérias, além de fornecer material biológico de qualidade para atender as pesquisas e a demanda das indústrias nos mais diversos setores. Sem uma preservação adequada, muitos microrganismos poderiam simplesmente se perder com o tempo, além de haver o risco da contaminação cruzada por outros microrganismos ou de ter suas principais características modificadas tornando-os inadequados para algumas aplicações.

Os microrganismos estão sujeitos a cruzamentos espontâneos e troca de material genético, esporulações, recombinações mitóticas e mutações, que levam à perda das habilidades fermentativas e atributos importantes para a indústria se não forem preservados corretamente. Devido a importância de preservar os microrganismos para pesquisas e aplicações industriais, nos últimos anos, o número de coleções de culturas tem aumentado significativamente no Brasil e em outros países. De acordo com a Federação Mundial de Coleções de Culturas (WFCC) existem atualmente, 704 coleções de culturas registradas em 72 países que preservam 2.538.710 microrganismos, sendo 1.044.379 bactérias, 771.099 fungos e leveduras, 37.912 vírus e 31.829 linhagens celulares como demonstrado na Figura 1.

Distribuição dos microrganismos preservados em 704 coleções de culturas em todo mundoFigura 1. Distribuição dos microrganismos preservados em 704 coleções de culturas em todo mundo.

Ainda, segundo a WFCC, o Brasil é o país com o maior número de coleções registradas (65) e o terceiro colocado em número de culturas, como demonstrado na Tabela 1. Japão e Estados Unidos são os países com o maior número de culturas apesar de um menor número de coleções quando comparados a outros países como Brasil, Tailândia, Senegal, França, Austrália, China e Índia.

Tabela 1. Relação dos principais países e número de coleções e culturas (fungos e leveduras, bactérias, vírus, cultivo de células)

Relação dos principais países e número de coleções e culturas (fungos e leveduras, bactérias, vírus, cultivo de células)Na sua grande maioria, estas coleções de microrganismos são mantidas pelos governos e universidades. Somente uma pequena fração (9,90%) tem sido preservada exclusivamente pela iniciativa privada e indústrias, como demonstrado na Figura 2.

A manutenção destas coleções exige conhecimento especializado, rotinas bem estabelecidas de reativação e cultivo dos microrganismos, métodos de verificação e confirmação de identidade dos microrganismos, equipamentos especiais para liofilização e preservação em freezer a ultrabaixa temperatura (-80oC), domínio de aspectos regulatórios, práticas de biossegurança e manutenção de um banco de dados com informações atualizadas sobre cada microrganismo. Estas atividades requerem profissionais especializados e capacitados para trabalhar com microrganismos de diferentes gêneros e espécies. De acordo com a WFCC, um total de 5.430 pessoas trabalham diretamente nestas 704 coleções o que representa em média 1 profissional para cada 468 microrganismos.

Manutenção das coleções de culturas por diferentes instituições em 72 paísesFigura 2. Manutenção das coleções de culturas por diferentes instituições em 72 países.

Desde 1985, a Fermentec vem preservando leveduras e bactérias de fermentações industriais. Este trabalho se intensificou com o monitoramento das leveduras pela cariotipagem de amostras coletadas de diversos processos de fermentação no Brasil e exterior.  Em 2019, o Banco de Microrganismos da Fermentec conta com 2.737 leveduras e 3.468 amostras de levedo (totalizando 6.205 entradas), além de 730 bactérias. Cada microrganismo registrado no banco recebe um código FT seguido de um número e a letra “L” se for levedura ou a letra “B” se for bactéria. Este código permite rastrear a origem e demais informações associadas a cada microrganismo. Nos últimos cinco anos o número de leveduras depositadas no banco da Fermentec tem crescido fortemente (Figura 3).

Evolução do número de leveduras preservadas no Banco de Microrganismos da Fermentec desde o início da década de 1990Figura 3. Evolução do número de leveduras preservadas no Banco de Microrganismos da Fermentec desde o início da década de 1990.

Muitas destilarias passaram a fazer um monitoramento mais frequente da população de leveduras e conseguiram selecionar suas próprias Leveduras Personalizadas® que passaram a ser preservadas na Fermentec. Além disso, diversas linhagens contaminantes, mas com características de dominância e persistência, também têm sido preservadas visto o potencial de serem utilizadas para outras aplicações.

As leveduras e bactérias têm sido utilizadas para avaliação de novos produtos (antiespumantes, dispersantes, antibióticos, biocidas, nutrientes), assim como para pesquisa e desenvolvimento de novos processos industriais (fermentações com teores alcoólicos elevados, uso de leveduras imobilizadas, leveduras floculantes). A preservação das leveduras no Banco de Microrganismos também possibilitou a identificação das habilidades fermentativas de diferentes linhagens para maltose e maltotriose que ocorrem nos mostos de milho e outros substratos amiláceos (Figura 4), rafinose e melibiose (presentes na beterraba açucareira), estaquiose (melaço de soja), xilose e arabinose (açúcares originados da hidrólise da hemicelulose), celobiose (originada da hidrólise incompleta da celulose), leveduras frutofílicas (que fermentam mais rápido a frutose, principal açúcar dos mostos de agave para produção de tequila) e as leveduras capazes de transformar bagaço em proteína de alto valor nutricional (fábrica de leveduras).

Crescimento relativo de leveduras industriais (Saccharomyces) utilizando a maltose. O crescimento foi avaliado por leituras da densidade óptica a 600nm em relação a população inicial de célulasFigura 4. Crescimento relativo de leveduras industriais (Saccharomyces) utilizando a maltose. O crescimento foi avaliado por leituras da densidade óptica a 600nm em relação a população inicial de células.

Além das leveduras, o Banco de Microrganismos da Fermentec tem um papel fundamental na identificação e caracterização das bactérias Gram+ (homo e heterofermentativas) que afetam as fermentações industriais como é o caso das bactérias lácticas que transformam glicose e frutose em ácido láctico (isômero D, Isômero L, ou uma combinação racêmica dos dois isômeros), frutose em manitol (fermentação manítica), que são capazes de converter o ácido málico em láctico (bactérias malolácticas) e aquelas Gram- que metabolizam o glicerol em di-hidroxiacetona.

Para preservar estas leveduras e bactérias, a Fermentec tem adotado duas estratégias: a liofilização das células e a estocagem em freezer ultrafrio (-80oC). A liofilização em ampolas de vidro tem permitido preservar, transportar e utilizar microrganismos conservados a mais de 20 anos (Figura 5). A liofilização reduz a frequência de repicagens, a manipulação excessiva pelo microbiologista e os riscos de contaminação. Por outro lado, manutenção no freezer ultrafrio facilita o trabalho do analista, simplifica o procedimento de reativação e armazenamento e reduz as chances de perda da viabilidade do microrganismo caso venha ocorrer o rompimento da ampola de vidro.

Leveduras e bactérias são preservadas em ampolas de vidro liofilizadas. Viabilidade pode ser mantida por 20 anos. (A) ampola de vidro contendo células de levedura liofilizadas; (B) liofilizador carregado com ampolas de vidroFigura 5. Leveduras e bactérias são preservadas em ampolas de vidro liofilizadas. Viabilidade pode ser mantida por 20 anos. (A) ampola de vidro contendo células de levedura liofilizadas; (B) liofilizador carregado com ampolas de vidro.

Autores: Mario Lucio Lopes, Vanessa M Costa Diana e Henrique V. Amorim

Fonte: Portal FT fevereiro/2016

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