sexta-feira, 30 de abril de 2010

Biotecnologia na Indústria Farmacêutica

A Indústria farmacêutica necessita de processos biotecnológicos para obtenção de vários produtos importantes para a saúde humana e animal. A história da biotecnologia moderna começa inclusive com o desenvolvimento de um medicamento, a penicilina, na primeira metade do século XX. A partir de então, processos biotecnológicos são utilizados na produ ção de vitaminas, hormônios, antibióticos, vacinas e enzimas.


TIPOS DE MICRORGANISMOS
São divididos em vírus, procariontes (bact érias e cianofíceas) e eucariontes (fungos, protozoários, algas, cultura de tecidos animais e vegetais). Os vírus patogênicos apresentam interesse para vacinas, enquanto que vírus bacteriófagos são importantes para estudos genéticos ( para mapeamento da posição dos genes e para construção de novas cepas por transdução ou recombina- ção. Na recombinação, fagos são usados como vetores para introduzir DNA estranho na célula (Moo-Young). Bactérias e fungos são os microrganismos responsáveis pela maioria dos processos biotecnológicos farmacêuticos.

As categorias de produtos da fermentação bacteriana são: - “single cell protein” ou biomassa - produtos finais (ex: solventes e ácidos) - metabólitos primários (ex: aa., enzimas e nucleótideos) - metabolitos secundários (ex: anticorpos, pigmentos e polisacarídeos) A composição do meio pode influenciar o metabolismo das células diretamente atrav és da nutrição ou indiretamente e pela alteração da forma do crescimento como a eficiência da aeração- particular e importante quando há crescimento de organismos filamentosos (Moo-Young).

A cultura de tecidos de células animais (répteis, peixes, aves, anfíbios, insetos) e vegetais – cultivadas em larga escala para produ ção de vacinas, para acúmulo de metab ólitos celulares e para bioconversão de substratos como esteróides e alcalóides. A cultura de tecidos de células vegetais para produção de agentes farmacologicamente ativos é uma área promissora.

A obtenção desses microrganismos pode ser feita de várias maneiras: isolamento a partir de recursos naturais; compra em coleções de culturas; obtenção de mutantes naturais; obtenção de mutantes induzidos por métodos convencionais; obtenção de microrganismos recombinantes por técnicas de engenharia genética.

Para uma aplicação industrial, espera-se que os microrganismos apresentem as seguintes características gerais:
- apresentar elevada eficiência na convers ão do substrato em produto;
- permitir o acúmulo do produto no meio, de forma a se ter elevada concentração do produto no caldo fermentado;
- não produzir substâncias incompatíveis com o produto;
- apresentar constância quanto ao comportamento fisiológico;
- não ser patogênico;
- não exigir condições de processo muito complexas;
- não exigir meios de cultura dispendiosos;

MEIOS DE CULTURA
A formulação de um meio de cultivo deve levar em conta as características nutricionais do microrganismo a ser cultivado, de forma que não existe uma formulação única para o desenvolvimento de microrganismos em condições artificiais. No caso de cultivo de células vegetais e animais in vitro, monocamadas de culturas celulares animais são indispensáveis para o cultivo de células o isolamento e identificação de viroses.

A produção de vacinas virais e de interferon são os principais processos comerciais usando células animais (MOOYONG). As linhagens celulares são extremamente úteis na pesquisa celular, como fonte de grandes quantidades de células de um tipo uniforme, especialmente por poderem ser estocadas em nitrogênio líquido a –196º C, por um período de tempo indefinido.

Os meios de cultivo para células animais são complexos, contendo soluções tamponantes de sais minerais, glucose, vitaminas, aminoácidos, fatores de crescimento, extratos fetais e soro.


As técnicas e o meio usado para crescimento de plantas são similares aqueles para células animais, exceto que a luz é essencial e extratos fetais e soro devem ser de origem vegetal. Carboidratos devem ser adicionados ao meio desde que o processo de fotossíntese realizado por células em cultura é pouco eficiente. Os reatores para crescimento de plantas não requerem altas taxas de oxigenação, embora a agitação seja importante para prevenir sedimentação celular (MOO-YOUNG).


BIORREATORES
A engenharia da fermentação é um ramo da tecnologia que estuda o desenho, desenvolvimento, construção e operação da planta e equipamentos utilizados nos processos biológicos em escala industrial. Nos processo de fermentação, o biorreator fornece o ambiente para o crescimento e para a atividade microbiana.


TIPOS DE BIORREATORES
Vários tipos de biorreatores podem ser utilizados e o grau de sofisticação (desenho, construção e funcionamento) dependem da sensibilidade do processo ao ambiente mantido no recipiente. O material utilizado na construção dos biorreatores deve ser atóxico, resistente à press ão e à corrosão química. Os biorreatores em processos farmacêuticos podem ser Químicos ou Biológicos:

-Biorreatores Químicos nos quais as reações ocorrem na ausência de células vivas, ou seja, são tipicamente os “reatores enzim áticos”.
-Biorreatores Biológicos nos quais as reações se processam na presença de células. Os biorreatores biológicos são amplamente conhecidos e mais utilizados, sendo empregados desde a década de 40 para produção industrial. Possuem uma grande diversidade de aplicação, como produção de enzimas, antibióticos, vitaminas, ácidos orgânicos, solventes, bebidas e tratamento de resíduos orgânicos industriais ou domésticos.

Na classificação dos biorreatores, ainda são levados em consideração:
• tipo de biocatalisador: células ou enzimas;
• a configuração do biocatalisador: células ou enzimas livres ou imobilizadas;
• forma de se agitar o líquido no reator. Assim sendo, os biorreatores classificam-se em dois grupos: sistema de cultivo disperso e sistema de cultivo imobilizado.


INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE EM BIOPROCESSSOS
O sucesso de um processo fermentativo depende da existência de condições adequadas para a produção de biomassa e formação da produto. A temperatura, pH, grau de agitação, concentração de oxigênio no meio de cultivo e outros fatores devem ser mantidos constante durante todo o processo.

A manutenção dessas condições necessita um monitoramento cuidadoso da fermentação através de um sistema de controle pelo qual as condições ótimas pode ser mantidas.

O monitoramento do processo fornece importantes informações quanto ao progresso da fermentação, essas indicam casos de contaminação, morte celular ou fermentações que ocorrem de maneira fora do esperado.O avanço dos processos fermentativos totalmente automatizados depende da existência de sensores que produzam sinais significativos de controle.

CONTROLE DE PROCESSO
Existem três possíveis objetivos para o controle do processo:
1) Manter uma variável constante ao longo de tempo
2) Forçar uma variável a seguir o caminho pré-determinado ao longo do tempo
3) Otimizar algumas funções das variáveis do sistema

O primeiro se consegue pela regulação, o segundo por mecanismos auxiliares, o terceiro por controladores ótimos. Todos os aparelhos de instrumentação são geralmente conhecidos como controladores automáticos. Em um sistema de controle se tem quatro classes de variáveis:

1) Variáveis controladas: é a variável de saída que desejamos controlar. 2) Variável manipulada: é a variável de entrada com a que se controla . 3) Variável de distúrbio: variável de entrada que afeta a variável controlada. 4) Variáveis de referência: é o valor desejado da variável controlada.

Os parâmetros que podem ser medidos em processos fermentativos:

1) PARÂMETROS FÍSICOS: - Temperatura - Pressão - Consumo de potência - Viscosidade - Fluxo de aeração e de meio - Turbidez - Peso do fermentador

2) PARÂMETROS QUÍMICOS: - pH - Oxigênio dissolvido - Oxigênio e gás carbônico nos gases de saída - Potencial de redox - Concentração de substrato - Concentração de produto - Força iônica

3) PARÂMETROS BIOLÓGICOS: - Produtos biologicamente ativos - Atividade enzimática - Conteúdo de DNA e RNA - Conteúdo de NADH2 e ATP - Conteúdo em proteína.


O que é Biotecnologia?



Biotecnologia é tecnologia baseada na biologia, especialmente quando usada na agricultura, ciência dos alimentos e medicina. A Convenção sobre Diversidade Biológica da ONU possui uma das muitas definições de biotecnologia:


"Biotecnologia define-se pelo uso de conhecimentos sobre os processos biológicos e sobre as propriedades dos seres vivos, com o fim de resolver problemas e criar produtos de utilidade."

A definição ampla de biotecnologia é o uso de organismos vivos ou parte deles, para a produção de bens e serviços. Nesta definição se enquadram um conjunto de atividades que o homem vem desenvolvendo há milhares de anos, como a produção de alimentos fermentados (pão, vinho, iogurte, cerveja, e outros). Por outro lado a biotecnologia moderna se considera aquela que faz uso da informação genética, incorporando técnicas de DNA recombinante.

A biotecnologia combina disciplinas tais como genética, biologia molecular, bioquímica, embriologia e biologia celular, com a engenharia química, tecnologia da informação, robótica, bioética e o biodireito, entre outras.