Pesquisadores do Laboratório de Quimio-Biologia Computacional (CCBL) da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da USP criaram um sistema de biorreator semiautomatizado, de baixo custo e código aberto, para estudos com culturas microbianas. O desenvolvimento e validação do equipamento foram detalhados em artigo publicado na revista ACS Omega. 

Para testar o equipamento, o grupo realizou um estudo de caso com fungos capazes de degradar a lignina, um polímero natural presente na parede celular de plantas e um dos principais resíduos da produção de papel e celulose. Atualmente, a maior parte desses resíduos é incinerada pelas indústrias, e um método alternativo de biodegradação seria uma solução mais sustentável.

Os biorreatores são equipamentos que fornecem um ambiente controlado, com parâmetros como temperatura, agitação e teor de oxigênio estáveis, favorecendo o crescimento celular. Eles possibilitam o cultivo eficiente de microrganismos, a produção de biomoléculas e a realização de experimentos de longa duração. Apesar de comumente utilizados nas indústrias farmacêutica e química, esses equipamentos costumam ser muito caros devido à sua alta complexidade, podendo se tornar inacessíveis para laboratórios de pesquisa não industriais.

“Havia dois motivos principais pelos quais queríamos desenvolver o nosso próprio biorreator: o primeiro é que biorreator é muito caro, e o segundo é que, normalmente, os biorreatores não possibilitam fazer coleta e inserção de conteúdo sem que os recipientes do sistema sejam abertos, o que aumenta o risco de contminação”, explica Joa?o Vítor Guimara?es Ferreira, autor do artigo que desenvolveu o projeto na iniciação científica, ainda durante a graduação. 

Neste contexto, o grande desafio de Ferreira era transitar entre três áreas muito distintas para desenvolver a ideia inicial: programação computacional – linha de pesquisa principal do grupo; eletrônica – uma área completamente nova no laboratório; e microbiologia – a mais familiar para o pesquisador, estudante do curso de Farmácia.

Foi necessário combinar suas experiências prévias sobre microrganismos e códigos computacionais a uma imersão no estudo de microcomputadores capazes de receber e transmitir sinais para que o equipamento alcançasse os objetivos iniciais do projeto. 

Deu certo. Além do custo total da montagem do aparelho ficar em torno de R$ 1 mil (muito abaixo do valor dos biorreatores de pequeno porte disponíveis no mercado, que podem custar entre R$ 5 mil e R$ 200 mil), o sistema ainda é capaz de realizar coletas periódicas e repor o volume de meio de cultura retirado. Essas etapas são realizadas de forma automatizada e programada, comandadas pelo microcomputador, e ocorrem sem a necessidade de abrir os recipientes, o que reduz o risco de contaminação.

Finalizadas as etapas de desenvolvimento e construção, era necessário comprovar a funcionalidade e segurança do novo biorreator por meio de uma validação, utilizando-o em um experimento. Isabela Victorino da Silva Amatto, pesquisadora de pós-doutorado na FCFRP e também autora do artigo, explica que o teste escolhido foi o cultivo de duas espécies de fungos, Phanerochaete chrysosporium e Trichoderma reesei, na presença de lignina.

O objetivo era avaliar a capacidade dos microrganismos – tanto separadamente quanto em cocultivo – de degradar a lignina. Para acompanhar a degradação da lignina dentro do biorreator, os pesquisadores avaliaram os metabólitos (produto do metabolismo de uma determinada molécula ou substância) produzidos pelos microrganismos durante um período total de 25 dias. Usando técnicas analíticas de separação e detecção de substâncias, vários intermediários da degradação de lignina puderam ser observados e submetidos a estudos metabolômicos, que são abordagens utilizadas para a identificação dos metabólitos em estudo. Além disso, foram realizadas, também, análises genômicas, ou seja, das características genéticas dos fungos, para compreender quais mecanismos moleculares presentes nos microrganismos viabilizam sua capacidade de degradar o resíduo industrial.

Para Isabela Amatto, o uso de diferentes abordagens reforça a confiabilidade dos resultados obtidos. “A partir da integração dos dados de genômica e metabolômica, podemos provar que aquele metabólito detectado estava sendo produzido pelos fungos, porque no genoma do fungo está presente um gene que produz a enzima responsável pela reação que gera aquele intermediário”, explica.

De acordo com João Vítor Guimara?es Ferreira, a interdisciplinaridade do projeto, abrangendo diferentes áreas e técnicas de análise, foi um dos principais pontos para o sucesso dessa ideia. “Eu adorei fazer parte desse projeto, porque vi um mundo de possibilidades que talvez eu não conheceria através das aulas da graduação. A ciência, de modo geral, não é linear, ela tem vários polos. E a parte mais interessante da ciência, pelo menos para mim, é quando esses polos, esses mundos isolados, têm um ponto de intersecção – porque é ali que a inovação realmente acontece”, finaliza.