Estudo da UFRGS encontrou linhagem de Yarrowia lipolytica capaz de acumular lipídios e produzir perfil de ácidos graxos com características de interesse para aplicações industriais
Óleos utilizados pela indústria não precisam, necessariamente, vir de plantas. Microrganismos também são capazes de produzir e armazenar grandes quantidades de lipídios — e algumas leveduras podem funcionar como verdadeiras “fábricas celulares” de óleo.
Essa foi uma das possibilidades investigadas por pesquisadores da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) em um estudo publicado em 2013 na Revista Brasileira de Biociências. O trabalho analisou a produção de óleo microbiano pela levedura oleaginosa Yarrowia lipolytica QU21 e avaliou seu potencial como alternativa a óleos vegetais em aplicações como a produção de biodiesel.
Embora realizado em escala laboratorial, o estudo ajuda a ilustrar uma frente relevante da biotecnologia industrial: obter matérias-primas lipídicas por fermentação, em vez de depender exclusivamente de culturas agrícolas oleaginosas.
O que são os óleos microbianos?
Alguns microrganismos conseguem acumular lipídios dentro de suas próprias células quando cultivados nas condições adequadas. Esses compostos são conhecidos internacionalmente como single cell oils, ou SCOs.
Leveduras, fungos e microalgas estão entre os organismos capazes de produzir esse tipo de óleo. No caso das leveduras oleaginosas, determinadas espécies podem converter uma parcela significativa de sua biomassa em lipídios. O artigo destaca que algumas chegam a acumular até 70% do peso celular seco em óleo.
Para a indústria, o interesse está na possibilidade de produzir moléculas semelhantes às encontradas em matérias-primas vegetais por meio de processos biotecnológicos controlados.
Entre as aplicações citadas pelos pesquisadores estão biodiesel, ingredientes alimentícios e compostos com atividade antimicrobiana.
Pesquisa começou com 86 linhagens encontradas em queijos artesanais
O trabalho partiu de uma coleção de 86 linhagens de leveduras previamente isoladas de queijos artesanais brasileiros.
Os pesquisadores cultivaram essas leveduras e utilizaram o corante vermelho de Nilo, que permite visualizar depósitos de lipídios no interior das células por microscopia de fluorescência.
Todas as 86 linhagens apresentaram gotas de lipídios em algum grau. Em 23 delas, essas estruturas ocupavam mais de 50% da área celular observada, fazendo com que fossem classificadas como potenciais leveduras oleaginosas. Isso corresponde a aproximadamente 27% das linhagens avaliadas.
Uma dessas amostras, denominada QU21, foi escolhida para as etapas seguintes. A análise genética mostrou 99% de identidade com sequências de Yarrowia lipolytica, levando à identificação da linhagem como pertencente à espécie.
Extrair o óleo mostrou ser tão importante quanto produzi-lo
Acumular lipídios dentro da célula é apenas uma parte do desafio.
Para transformar uma levedura em fonte industrial de óleo, é necessário conseguir retirar esse material de maneira eficiente. E há uma barreira física importante: a parede celular das leveduras dificulta o acesso dos solventes aos lipídios armazenados em seu interior.
Por isso, a pesquisa comparou cinco métodos para romper as células antes da extração:
maceração da biomassa seca; agitação com pérolas de vidro; banho ultrassônico com pérolas de vidro; maceração com nitrogênio líquido; e uma combinação de nitrogênio líquido com sonicação.
Os resultados variaram consideravelmente.
O processo com nitrogênio líquido seguido de sonicação apresentou rendimento de óleo de 26,5% em relação à biomassa seca. A maceração da biomassa seca alcançou 14,3%, enquanto o uso isolado de nitrogênio líquido ficou em 12,8%. Já os métodos com banho ultrassônico e pérolas de vidro e com vórtex e pérolas de vidro produziram rendimentos de 7,3% e 3,7%, respectivamente.
A diferença é significativa para a perspectiva industrial porque demonstra que o rendimento observado não depende somente da capacidade biológica do microrganismo de produzir óleo. A engenharia do processo de recuperação desse óleo também pode determinar a viabilidade da rota.
Os próprios pesquisadores ressaltam que não existe um método capaz de recuperar integralmente todo o óleo presente nas células e identificam a etapa de rompimento celular como uma possível barreira para o processo.
Perfil de ácidos graxos chama atenção para o biodiesel
Depois da extração, os pesquisadores analisaram a composição do óleo produzido pela QU21.
Foram identificados metil ésteres derivados dos ácidos mirístico, miristoleico, palmítico, palmitoleico, heptadecanoico, esteárico e oleico.
Parte desse perfil também aparece em óleos vegetais tradicionalmente empregados na produção de biodiesel, como soja e canola, comparação apresentada pelos pesquisadores no próprio estudo.
Um ponto destacado pelos autores foi a ausência, nas condições experimentais utilizadas, dos ácidos graxos poli-insaturados linoleico e linolênico.
A característica pode ser interessante para combustíveis porque ésteres poli-insaturados apresentam maior susceptibilidade à oxidação. Por isso, os pesquisadores consideram que o perfil obtido com a QU21 merece investigação adicional para aplicações em biodiesel.
Isso não significa, porém, que o óleo produzido pela levedura já possa substituir diretamente o óleo vegetal utilizado atualmente pela indústria.
Resultado de laboratório ainda precisa enfrentar a escala industrial
A pesquisa foi desenvolvida para triagem de leveduras e comparação de métodos de extração em escala laboratorial. Os próprios procedimentos empregados deixam clara essa característica experimental.
No método de maior rendimento, por exemplo, a biomassa foi tratada com nitrogênio líquido e posteriormente submetida a ciclos de sonicação. Já a recuperação dos lipídios empregou uma mistura de clorofórmio e metanol.
Uma eventual aplicação comercial exigiria, portanto, etapas adicionais de desenvolvimento: aumento de escala dos cultivos, otimização da produtividade, definição de substratos economicamente competitivos, consumo energético, recuperação dos lipídios e desenvolvimento de processos compatíveis com requisitos industriais, ambientais e de segurança.
O artigo não demonstra essa viabilidade econômica nem apresenta uma planta piloto ou processo comercial. Seu resultado principal está em outro ponto: identificar uma linhagem promissora e mostrar que tanto a capacidade de acumulação de óleo quanto a tecnologia empregada para recuperá-lo merecem atenção.
Biotecnologia pode ampliar as fontes de matérias-primas industriais
Os óleos microbianos fazem parte de uma abordagem em que células vivas são utilizadas como unidades de produção de moléculas de interesse industrial.
Em vez de extrair todos os lipídios de uma cultura agrícola, a lógica passa a envolver o cultivo de microrganismos em sistemas fermentativos, seguido da recuperação e do processamento das substâncias produzidas.
No estudo da UFRGS, a combinação entre uma levedura oleaginosa, um rendimento laboratorial de 26,5% e um perfil de ácidos graxos considerado pelos autores interessante para biodiesel levou à conclusão de que a Yarrowia lipolytica QU21 deveria continuar sendo investigada por seu potencial industrial.
Mais de uma década depois da publicação, o trabalho permanece como um bom exemplo de uma questão central para a indústria de base biotecnológica: encontrar o microrganismo adequado é apenas o início. Transformar aquilo que uma célula consegue produzir em uma matéria-prima competitiva exige integrar microbiologia, engenharia de processos, separação, energia e escala produtiva.