Enzimas: ferramentas indispensáveis num mundo vivo

Transcrição

1 1 Enzimas: ferramentas indispensáveis num mundo vivo O QUE SÃO? Apresentação As enzimas são substâncias naturais envolvidas em todos os processos bioquímicos que ocorrem nas células vivas. São proteínas e, portanto, consistem em cadeias de aminoácidos unidas por ligações peptídicas. Servem para catalisar reações bioquímicas, o que significa que aumentam a velocidade da reação bioquímica sem se deixar afetar pela reação propriamente dita. As enzimas são capazes de decompor moléculas complexas em unidades menores (carboidratos em açúcares, por exemplo), de catalisar alterações estruturais dentro de uma molécula (caso da isomerização da glicose em frutose), assim como podem ajudar a construir moléculas específicas (de material celular, por exemplo). Algumas das enzimas mais conhecidas se encontram em nosso trato digestivo, onde auxiliam a digestão e a assimilação de alimentos. ONDE E POR QUÊ? As enzimas são amplamente usadas no processamento de alimentos e em muitos outros ramos da indústria manufatureira. Muitos produtos alimentícios consumidos diariamente, entre os quais o pão e o queijo, são feitos com a colaboração desse tipo especial de proteína. Como suplemento de ração animal, desempenham importante papel por reduzirem a produção de resíduos. Também se empregam em muitas atividades industriais, como na indústria de produtos de limpeza, no processamento da polpa e do papel, na preparação têxtil e em aplicações médicas onde, com freqüência, substituem compostos ou processos químicos. Caracterizam-se pela alta especificidade e eficiência e se fazem necessárias em apenas pequenas quantidades. Muitas vezes contribuem para uma produção mais sustentável, reduzindo o volume de resíduos gerados e o consumo de energia. As enzimas são extraídas de microorganismos, plantas ou tecidos animais. Sua produção pode ser aumentada pela transferência das informações genéticas para um microorganismo hospedeiro conhecido por meio de técnicas de DNA recombinante. Esses microorganismos geneticamente modificados podem então ser cultivados sob as melhores condições. CONCLUSÕES As enzimas tornaram-se indispensáveis para a produção de muitos produtos. Produz-se quantidade cada vez maior dessas enzimas com o auxílio de microorganismos geneticamente modificados. Devido a seu enorme potencial, os cientistas e tecnólogos buscam constantemente novas enzimas em muitos organismos e meios ambientes diferentes. Muitos processos atuais poderiam ser facilitados com enzimas.

2 2 Artigo O QUE SÃO ENZIMAS? As enzimas são um tipo especial de proteínas produzidas dentro das células dos organismos vivos. Envolvidas em todos os processos naturais que ocorrem, servem para auxiliar a digestão, rearranjar moléculas, processar nutrientes, produzir energia, dar destino a produtos residuais e regular grande variedade de outras funções metabólicas. Sem elas, a própria vida não existe. Como todas as outras proteínas, as enzimas se formam por cadeias longas de aminoácidos, unidos por ligações peptídicas e articulados em estruturas tridimensionais. Ao contrário de outras proteínas, porém, as enzimas funcionam como catalisadores, facilitando reações bioquímicas sem se deixarem consumir na reação. Também conhecidas como biocatalisadores, mostram-se altamente eficientes, e quantidades mínimas bastam para promover as reações bioquímicas. Certas enzimas são altamente específicas, outras controlam ampla gama de reações. As enzimas se subdividem em categorias de acordo com os compostos sobre os quais agem ou com o tipo de reação que controlam, recebendo quase sempre no nome o sufixo -ase. A celulase, por exemplo, decompõe a celulose, a protease converte proteínas em aminoácidos, a lipase decompõe lipídeos e gorduras em glicerol e ácidos graxos e a amilase decompõe amido em açúcares simples. Para funcionarem corretamente, as enzimas precisam de certas condições específicas. São ativas numa faixa estreita de ph e são sensíveis a mudanças de acidez ou alcalinidade em seu meio ambiente. Comparadas a reações químicas, agem muitas vezes sob condições relativamente brandas em termos de temperatura (temperatura ambiente ou temperatura do corpo, por exemplo) e de acidez (valores de ph próximos ao ponto neutro). As extremozimas constituem uma exceção a essa regra, já que essas enzimas, produzidas por bactérias extremófilas, são ativas sob circunstâncias extremas presentes em ambientes extremos, como gêiseres, mares polares frios e lagos altamente salinos. As enzimas também podem apresentar efeitos secundários indesejados, como o deterioramento de alimentos. Uma das razões pelas quais processamos alimentos consiste em impedir que as enzimas os decomponham ou deteriorem. Existem métodos de processamento como a pasteurização e a esterilização (tratamentos térmicos) para destruir quaisquer microorganismos nocivos e desativar enzimas. O processamento também pode incluir refrigeração e congelamento, para desacelerar a atividade enzimática. Em muitos processos as enzimas podem substituir substâncias químicas sintéticas e contribuir para processos de produção ou gerar benefícios para o meio ambiente, por meio da biodegradabilidade e pelo menor consumo de energia. Elas são mais específicas em sua ação do que as substâncias químicas sintéticas.

3 Os processos que empregam enzimas, portanto, produzem menos subprodutos residuais, propiciando a obtenção de produtos de melhor qualidade e diminuindo a probabilidade de poluição. 3

4 4 HISTÓRIA DA TECNOLOGIA DAS ENZIMAS Desde a Antigüidade, o homem explora involuntariamente as enzimas para produzir alimentos e bebidas, como o pão, o queijo, a cerveja e o vinho, pela fermentação natural. Os processos enzimáticos, sobretudo a fermentação, constituíram foco de numerosos estudos no século XIX, época em que se realizaram muitas descobertas de grande valor nesse campo. Payen e Persoz (1833) isolaram parcialmente o agente ativo, agora conhecido como amilase, decompondo o amido em açúcar no malte, e suspeitaram de que substâncias semelhantes, conhecidas sob o nome geral de fermentos, participavam de outros processos bioquímicos. O cientista Von Liebig (um dos pioneiros da química orgânica) pensou que a fermentação resultasse de um processo químico comum, no qual os fermentos fossem materiais não vivos. Pasteur, por sua vez, estava convencido de que a fermentação só ocorreria na presença de organismos viáveis. Ficou demonstrado, em 1897 (após sua morte), que compostos não viáveis de células de levedura viva eram os responsáveis pelos processos de fermentação. Isso provou que nenhum deles estava inteiramente certo. Na época, foi-se aos poucos substituindo o termo fermento pelo termo atual, enzima, que significa na levedura, visto que no início se encontraram esses compostos em células de levedura. Em 1926, provou-se pela primeira vez que as enzimas eram proteínas, depois de se isolar urease de extratos de feijão. Logo depois também se isolaram a pepsina e a tripsina, que se revelaram proteínas. A seguir, centenas de enzimas foram classificadas, purificadas e isoladas. Apenas em meados dos anos de 1950 se deram grandes avanços na tecnologia das enzimas. O progresso da bioquímica deu origem a uma compreensão mais ampla da grande variedade de enzimas presentes nas células vivas e de seu modo de ação. Extrair ou isolar enzimas de microorganismos, por exemplo, aumenta-lhe a eficiência. As enzimas purificadas não perdem suas propriedades pelo contrário, essas preparações isentas de células funcionam de modo ainda mais eficiente. Desde o início da década de 1980, as empresas que produzem enzimas vêm empregando técnicas de modificação genética para aprimorar a eficiência e a qualidade da produção e para desenvolver novos produtos. A quimosina recombinante foi a primeira enzima derivada de fonte geneticamente modificada a receber aprovação para uso alimentar na Suíça, em 1988, e nos Estados Unidos, em PRODUÇÃO DE ENZIMAS: DE FRASCOS DE VIDRO A FERMENTADORES INDUSTRIAIS

5 5 Os primórdios da produção de enzimas A produção comercial de substâncias derivadas de microorganismos teve início com a descoberta de que as células podiam ser cultivadas em frascos de vidro de fundo chato. A técnica da cultura submersa possibilitou a produção de substâncias de grande interesse (como as enzimas) em quantidades suficientes. A seguir aperfeiçoaram-se métodos de extração e purificação de enzimas retiradas de microorganismos. A produção de enzimas em grande escala Hoje em dia, produzem-se em grandes quantidades muitos produtos de valor, entre os quais as enzimas, pela cultura de microorganismos específicos, sob condições limpas e altamente controladas em recipientes chamados fermentadores. As condições ideais de crescimento para esses microorganismos são bem conhecidas e testadas. Na maioria dos casos, enche-se o tanque fermentador com um volume de até litros de uma solução líquida com todos os nutrientes que o microorganismo específico precisa para crescer (fontes de carbono e nitrogênio, vitaminas, minerais, fósforo e oxigênio). A temperatura, os nutrientes e o suprimento de ar são ajustados de modo a criar condições próprias para seu desenvolvimento. Quando o processo se completa, permanece no fermentador um caldo contendo enzimas, nutrientes, resíduos e microorganismos, que se purifica através de uma série de passagens por filtros destinados a remover impurezas e extrair as enzimas. O desenvolvimento de enzimas por técnicas de DNA recombinante Cada enzima é codificada por um determinado gene presente no material genético do organismo que produz aquela determinada enzima. Depois de identificado o gene responsável pela produção de uma enzima específica, ele pode ser isolado e transferido para um microorganismo industrial conhecido por técnicas de DNA recombinante. Incorpora-se o gene ao DNA do microorganismo hospedeiro pelo emprego de enzimas de restrição, que cortam e colam moléculas de DNA em locais específicos. Às vezes, inserem-se diversas cópias do gene no microorganismo hospedeiro a fim de ampliar a produção da enzima. O fato de se conhecerem as condições ideais de produção para esses microorganismos hospedeiros favorece a produção da enzima em grande escala. Os principais microorganismos hospedeiros usados são o Bacillus (uma bactéria), o Aspergillus (um fungo) e o Saccharomyces (uma levedura).

6 6 ENZIMAS ALIMENTARES PRODUZIDAS POR TÉCNICAS DE DNA RECOMBINANTE Introdução As enzimas alimentares são usadas para a produção de um grande leque de produtos e ingredientes alimentícios. Podem tornar os alimentos mais nutritivos, mais saborosos, mais digestivos ou mais atraentes (clarificação da cerveja). Prestam-se também para aumentar a segurança e a preservação dos alimentos, contribuindo para sua maior durabilidade e para a redução da necessidade de aditivos. Apresentamos na tabela 1 algumas enzimas alimentares derivadas de microorganismos geneticamente modificados. Mercado Enzima Função Panificação Alfa-amilase Amidos Laticínios Destilação Cervejas Gorduras, óleos Amilase maltogênica Hemicelulase (Xilanase) Glicose oxidase Protease Glicose isomerase Alfa-amilase Pululanase Quimosina Protease Alfa-amilase Protease Beta-glicanase Alfa-amilase Alfa-acetolactato decarboxilase Pululanase Protease Lipase Decomposição do amido, produção de maltose Mantém o pão fresco por mais tempo Estabilidade da massa Estabilidade da massa Melhora a cor e o sabor do pão Para a modificação e conversão do amido em, p.ex., dextrose ou xaropes ricos em frutose (HFS). Coagulante na produção de queijos Hidrólise de proteínas de soro coalhado Decomposição de amido Decomposição de proteínas Para liquefação, clarificação e como suplemento de enzimas do malte. Acelera a filtração do mosto da cerveja. Evita a formação de bruma. Decomposição de proteínas Decomposição de lipídeos Tabela 1: Enzimas alimentares produzidas com o auxílio de microorganismos geneticamente modificados. Panificação Durante muitas décadas, adicionaram-se enzimas à farinha para a produção de pão. Essas enzimas suplementadas usadas para melhorar o pão afetam, de fato, seu volume, sabor, aroma, estrutura da casca e do miolo, maciez e durabilidade na prateleira. A alfa-amilase hidrolisa o amido (amilose), dando origem a açúcares solúveis usados pela levedura para produzir etanol e gás. Este último faz o pão crescer e lhe confere textura agradável, com miolo mais leve. Entre as outras enzimas adicionadas à massa de pão temos a amilase maltogênica, que corta as extremidades de maltose das cadeias de amido, propiciando um pão macio e

7 7 fresco por mais tempo. As hemicelulases decompõem a hemicelulose da farinha, deixando a massa mais maleável e fácil de manusear. Enquanto o pão assa, ela retarda a formação de migalhas, permitindo que a massa cresça. A glicoseoxidase reage com a glicose e com o oxigênio, liberando ácido glicônico e peróxido de hidrogênio. Este fortalece a massa, mediante a reação com grupos sulfúricos especiais e formando pontes de enxofre, que deixam o pão menos pegajoso e melhor para manusear. As proteases separam aminoácidos especiais, melhorando a cor da casca e o sabor do pão. Processamento do amido Um campo muito importante, no qual as enzimas se revelaram de grande valor, é a indústria do amido. O amido é um polissacarídeo de peso para a produção de diversos produtos de sabor doce e se forma por cadeias retas e por cadeias altamente ramificadas de moléculas de glicose. No início do século XIX, o químico Kirchhoff descobriu que, pela fervura com ácido, podia converter o amido em uma substância de sabor adocicado, constituída principalmente de glicose. Essa técnica não apresentava boa produtividade e o processo, realizado sob condições ácidas e temperatura de 140 a 150 C, ainda gerava subprodutos indesejáveis. A descoberta de preparações enzimáticas capazes de decompor o amido em glicose favoreceram a passagem da hidrólise enzimática para a hidrólise ácida. Hoje, realiza-se praticamente toda hidrólise do amido pelo emprego de enzimas, em vez de ácidos. A conversão enzimática do amido, que produz um xarope de sabor doce, subdivide-se em três etapas: liquefação, sacarificação e isomerização. No processo de liquefação, o amido é convertido em uma mistura de vários oligossacarídeos e dextrinas diferentes pelo uso da alfa-amilase. Essas maltodextrinas, ligeiramente doces, são submetidas a mais uma conversão pela adição de outras enzimas. A amiloglicosidase, também conhecida como glicoamilase, ainda hidrolisa completamente os compostos em glicose, num processo denominado sacarificação. Podem também se acrescentar outras enzimas, como a enzima desramificadora pululanase. Mediante a ação da glicose isomerase, a glicose pode ser isomerizada em frutose, de valor calórico igual ao da glicose, mas de sabor cerca de duas vezes mais doce que a glicose. O amido é amplamente empregado na produção de Xarope de Milho Rico em Frutose (XMRF). Trata-se de uma mistura de glicose e frutose que serve para adoçar muitos produtos alimentícios e, mais ou menos, substituiu o açúcar da cana ou da beterraba, usados anteriormente na fabricação de bebidas, produtos lácteos, produtos de panificação e alimentos enlatados. O teor de frutose do XMRF é, em geral, de 42%, 55% ou 90%.

8 8 A produção de queijo A primeira etapa da produção de queijo consiste em adicionar ao leite pasteurizado uma cultura de bactérias de ácido lático para azedá-lo. Em seguida, adiciona-se um coalho destinado a decompor a caseína, proteína do leite, dando origem à coagulação e à formação da coalhada. O líquido que sobra é o soro, subproduto da fabricação do queijo. Após a conversão do açúcar lactose presente no soro em glicose e galactose pela ação da lactase, obtém-se um xarope de sabor doce que apresenta grande variedade de aplicações na indústria de doces e confeitos. O coalho deriva de fontes animais Coalho é o nome dado a qualquer preparação enzimática que coagula o leite, tendo grande importância para a produção de queijo. A fonte natural de coalho é o estômago de bezerros abatidos ao nascer, onde as enzimas contribuem para a digestão e absorção do leite. O ingrediente ativo do coalho do bezerro é a enzima quimosina (também conhecida como renina). O queijo, provavelmente, foi descoberto por acaso na antigüidade, quando se notou que o leite adquiria consistência semi-sólida ao ser transportado em bolsas semelhantes ao estômago de ruminantes. A coagulação do leite no estômago é um processo de considerável importância para o animal muito jovem. Se não se coagulasse, o leite atravessaria rapidamente o estômago e suas proteínas deixariam de passar pelo processo de digestão inicial. A quimosina converte de modo eficiente o leite líquido em estado semi-sólido, semelhante ao queijo cottage, permitindo que ele se retenha no estômago por períodos mais prolongados. A secreção da quimosina atinge o auge nos primeiros dias após o nascimento, e depois diminui, sendo substituída pela pepsina, que vem a ser a principal protease gástrica. Quimosina para a produção de queijo Os vegetarianos, contudo, não consomem produtos derivados de animais abatidos. Existem então queijos vegetarianos, feitos com coalho de origem não animal, produzidos em geral pelo fungo Mucor miehei ou por certas espécies de bactéria. No passado, utilizavam-se também coalhos obtidos de certas espécies vegetais. Problemas de escassez e de flutuação no custo de coalho de bezerro, bem como sua qualidade insatisfatória, levaram os cientistas a investigar a possibilidade de atribuir a microorganismos a produção de quimosina idêntica à produzida pelas células do estômago do bezerro. Obteve-se isso mediante a introdução de gene do bezerro responsável pela produção de quimosina num microorganismo hospedeiro, como a levedura Kluyveromyces lactis. ENZIMAS NÃO ALIMENTARES PRODUZIDAS POR MEIO DE TÉCNICAS DE DNA RECOMBINANTE Por meio de técnicas de DNA recombinante, produzem-se não somente enzimas alimentares, como também enzimas não alimentares. A moderna biotecnologia desempenha papel importante na produção de enzimas, tanto para a indústria de ração

9 9 animal para a indústria de produtos de limpeza, para o processamento de papel e polpa, para a preparação têxtil e para aplicações médicas. Ração animal As enzimas para ração animal, adicionadas à ração de suínos e aves domésticas, destinam-se a reduzir a excreção de produtos residuais e melhorar a digestibilidade de matérias-primas. As xilanases e as fitases encontram-se entre as enzimas de ração animal mais conhecidas, sendo ambas produzidas por meio de microorganismos modificados pela engenharia genética. A xilanase hidrolisa as hemiceluloses (tipos especiais de hidrocarboneto) presentes no trigo e no milho, facilitando a digestão de todos os nutrientes e reduzindo a excreção de estrume, nitrogênio e fósforo. A fitase decompõe o fitato, composto fosforoso presente nos grãos de ração animal. Os animais requerem fosfatos para seu adequado crescimento esquelético, mas não são capazes de digerir o fitato. Costuma-se, portanto, acrescentar fósforo (inorgânico) à ração, o que leva à excreção de grandes volumes de fósforo e à poluição do meio ambiente. O fitato pode ser digerido pela adição de fitase à ração animal. Reduz-se assim a necessidade de usar suplementos de fosfato inorgânico e geram-se vantagens econômicas e ambientais. A fitase é muito usada por agricultores europeus, uma vez que em alguns países desse continente o volume de fósforo gerado limita o número de animais que podem ser criados. Indústria de produtos de limpeza A indústria de produtos de limpeza utiliza enzimas, como a protease, a amilase, a lipase e a celulase, para remover manchas e conferir mais brilho aos tecidos. As proteases que removem impurezas protéicas constituem-se hoje componentes essenciais de detergentes, nos quais podem ser empregadas em concentrações muito baixas (0,1 1,0%). Não se obtém resultado similar com nenhuma outra substância, nem efetuando a lavagem em temperatura mais elevada. As enzimas precisam ser adaptadas às rigorosas condições dos processos de lavagem; existe a amilase estável ao branqueamento, por exemplo, a protease própria para temperaturas elevadas, como as de lavanderias e de máquinas lava-louças automáticas, a protease para aplicações de água fria e as celulases alcalinas, que melhoram a ação de sabões detergentes de roupa. Processamento de papel e polpa Na indústria de processamento de papel e polpa, usam-se enzimas como a celulase e a hemicelulase para decompor a celulose, que melhora o escoamento da água procedente da polpa. As enzimas dissolvem as fibras mais finas, permitindo que água seja drenada com maior rapidez e resultando num tempo de processamento mais curto. As xilanases, por sua vez, podem intensificar o alvejamento e, com isso, reduzir a necessidade da cloração tradicional, método bastante prejudicial ao meio ambiente.

10 10 Indústria têxtil A indústria têxtil utiliza enzimas modificadas pela engenharia genética, durante as fases de fiação, tingimento e acabamento dos tecidos. As celulases são usadas para produzir a aparência stonewashed nos jeans. Tradicionalmente obtêm-se os tecidos denim por um processo que utiliza pedra-pomes para desbotar a cor localmente. Elas ajudam no processo de desbotar o jeans (biostoning), e podem ser utilizadas juntamente com as pedras ou em substituição a elas. Outras enzimas celulases são capazes de tornar os tecidos mais lisos e macios, removendo as fibras da superfície. A catalase decompõe o peróxido de hidrogênio residual após o alvejamento das fibras de algodão. A remoção do peróxido se faz necessária para que as fibras possam ser tingidas. O emprego dessa enzima favorece a queda do consumo de produtos químicos, de energia e de água. Usa-se a amilase bacteriana estável ao calor para desengomar produtos têxteis, processo pelo qual se remove do tecido a pasta de amido usada como agente reforçador no processo de fiação. Antes, os produtos têxteis eram tratados com ácido, álcalis ou agentes oxidantes, ou embebidos em água durante vários dias para que os microorganismos de ocorrência natural pudessem decompor a goma do tecido. Aplicações médicas As enzimas também encontram aplicações nos tratamentos médicos. Usam-se enzimas diagnósticas e terapêuticas para diagnosticar, tratar e/ou curar doenças, como distúrbios cardíacos, fibrose cística e doença de Gaucher. ASPECTOS REGULAMENTARES E DE SEGURANÇA Aspectos regulamentares e de segurança associados ao processo de produção Boas Práticas de Fabricação Segundo as Boas Práticas de Fabricação, o processo de fermentação precisa ocorrer sob condições controladas. Esse controle padrão garante segurança e higiene no processo de produção, embalagem e manuseio das enzimas alimentares. Prevê-se também um sistema de controle para a enzima que produz o microorganismo e uma aferição da pureza microbiana regular, destinada a assegurar a ausência de toxinas conhecidas e de atividade antibacteriana. Boas Práticas da Fabricação Industrial em Grande Escala (GILSP) e Portaria 90/219/EEC Em 1986, a OECD (Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento) formulou o conceito de Boas Práticas da Fabricação Industrial em Grande Escala

11 11 (GILSP), que instituiu normas quanto ao tratamento apropriado de microorganismos. Esse conceito constitui-se a base da Portaria do Uso Contido 90/219/EEC, que dispõe sobre as exigências que asseguram o uso seguro e controlado de microorganismos geneticamente modificados. Aspectos regulamentares associados ao uso específico de enzimas A estrutura regulamentar para a aplicação de enzimas depende de seu uso, não de seu método de produção (que tanto se pode dar por métodos tradicionais quanto por modificação genética). No caso de enzimas alimentares, faz-se distinção entre aditivos alimentares (basicamente substâncias acrescentadas ao alimento que nele possuem função tecnológica) e coadjuvantes do processamento (basicamente, substâncias acrescentadas durante o processamento do alimento que podem nele permanecer, mas que não têm função tecnológica no produto alimentício processado). Em sua maioria, consideram-se as enzimas coadjuvantes do processamento, para as quais não existe estrutura regulamentar de consenso na União Européia. Certos países da UE, contudo, desenvolveram procedimentos nacionais formais (Dinamarca e França) ou informais (Reino Unido) para a aprovação de enzimas alimentares. Somente poucas enzimas alimentares são consideradas aditivos alimentares (caso da invertase e da lisozima) e, por conseguinte, estão sujeitas à Portaria da Estrutura Regulamentar de Aditivos Alimentares (89/107/EEC). As enzimas utilizadas em ração animal são consideradas na União Européia como aditivo de ração animal, situando-se, portanto, dentro do escopo da Norma de Aditivos de Rações Alimentares (70/524/EEC) e estando sujeitas a autorização geral concedida pela UE. Não existe estrutura regulamentar especial para enzimas industriais. Rotulagem Os produtos alimentícios devem portar rótulo indicando claramente todos os ingredientes que levam e, opcionalmente, o valor nutricional do produto. As enzimas usadas como coadjuvantes do processamento não precisam ser mencionadas no rótulo, qualquer que seja sua origem. Por vezes, as empresas as mencionam, mas apenas para prestar informação ao consumidor, como quando utilizam coalho derivado de origem não animal para a produção de queijos vegetarianos. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS A busca por novas enzimas prossegue no mundo todo. Segundo certas estimativas, apenas 10% dos microorganismos que ocorrem no ambiente natural atualmente já foram identificados. Estão sendo coletados organismos com bioquímica não habitual dos ambientes mais inóspitos da Terra.

12 12 Fontes interessantes de novas enzimas Há cerca de 30 anos, os cientistas pensavam que só existia vida em um número muito limitado de habitats. Hoje, porém, não resta dúvida de que até mesmo os ambientes mais extremos são colonizados por microorganismos especiais, muito bem adaptados a esses ninhos ecológicos. Esses organismos, os extremófilos, estão presentes em biótopos onde outras criaturas não conseguem sobreviver. Os extremófilos são encontrados em altas temperaturas (termófilos), sob condições de frio extremo, como a Antártica, geleiras dos Alpes e mares polares frios (organismos psicrofílicos), em lagos de elevada salinidade ou salinas (halófilos) e em ambientes extremamente ácidos (acidófilos) ou alcalinos (alcalinófilos), nas altas pressões do fundo do mar ou na abundância de metais tóxicos (metalófilos) ou de outras substâncias químicas. A descoberta de organismos extremófilos abre novas oportunidades para o desenvolvimento de enzimas que apresentam atividade sob as circunstâncias extremas (as extremozimas), encontradas com freqüência em processos industriais. As enzimas próprias de microorganismos comuns se mostram muitas vezes delicadas demais para a aplicação na maioria dos processos industriais. Os extremófilos podem, portanto, vir a preencher o vão entre processos biológicos e químicos. Produção de extremozimas por técnicas de DNA recombinante Por viverem sob circunstâncias extremas, o cultivo das bactérias extremófilas requer condições específicas e poderia ser extremamente difícil fora de seu meio ambiente nativo. Utilizando um método do tipo ensaio e erro, os investigadores conseguem induzir a produção de extremozimas por microorganismos hospedeiros conhecidos em grandes quantidades, contornando assim a necessidade de cultivar as bactérias extremófilas propriamente ditas. Eles isolam todo o DNA presente numa amostra de um habitat extremo e inserem pedaços aleatórios dele num microorganismo conhecido. Examinando-se as colônias em crescimento em atividades especiais, podem-se descobrir novas enzimas. CONCLUSÃO No futuro, o número de aplicações de enzimas (alimentares) produzidas com o auxílio de técnicas de DNA recombinante certamente continuará crescendo. O fato não surpreende, uma vez que se podem gerar altas produtividades, alta pureza e consideráveis benefícios econômicos e ambientais quando se deixa a produção de enzimas úteis a cargo de microorganismos conhecidos. Além disso, as enzimas, de modo geral, suscitam menos dúvidas de segurança do que substâncias químicas.

13 13 Perguntas e respostas 1. POR QUE PRECISAMOS DE MODIFICAÇÃO GENÉTICA PARA PRODUZIR ENZIMAS ALIMENTARES? Sob circunstâncias naturais, as enzimas são muitas vezes produzidas em quantidades ínfimas por organismos especiais. É portanto muitas vezes difícil obtê-las em grandes quantidades. Pela modificação genética, contudo, introduz-se no genoma de um microorganismo hospedeiro conhecido uma ou várias cópias do gene que produz aquela enzima específica. Cultiva-se o microorganismo geneticamente modificado em circunstâncias próprias e em recipientes grandes, dando origem a uma produção em grande escala daquela enzima. 2. QUAL SERIA UM EXEMPLO DE ENZIMA PRODUZIDA POR MODIFICAÇÃO GENÉTICA? A enzima quimosina catalisa uma etapa importante da produção de queijos. Ela deriva naturalmente do estômago de bezerros jovens abatidos. O material genético responsável pela produção dessa enzima foi transferido para um microorganismo conhecido, facilmente cultivável em grandes quantidades, dispensando o uso de bezerros recémnascidos para a produção de queijo. 3. ENZIMAS PRODUZIDAS POR MODIFICAÇÃO GENÉTICA TAMBÉM SÃO USADAS NO SETOR NÃO ALIMENTÍCIO? Certamente. Não é apenas a indústria de alimentos que se beneficia com o uso de enzimas. Hoje em dia se produzem por modificação genética as enzimas empregadas em processos industriais. A indústria de produtos de limpeza, por exemplo, precisa de enzimas ativas sob as condições extremas dos processos de lavagem. As extremófilas, bactérias que vivem sob condições extremas, constituem importante fonte desse tipo de enzima.

14 14 Referências Informações gerais sobre enzimas Enzimas alimentares Enzimas não alimentares Extremófilos Segurança alimentar AMFEP Associação dos Fabricantes de Produtos de Enzimas de Fermentação