Enzimas estão entre as biomoléculas mais notáveis. Elas possuem propriedades catalíticas, ou seja, são proteínas capazes de acelerar reações químicas que ocorrem dentro ou fora de um organismo. Atualmente, enzimas têm sido utilizadas em indústrias como a farmacêutica, para aumentar a eficiência de processos ou diminuir gastos e impactos ambientais que possam ser causados por compostos químicos.

Durante o processamento industrial da madeira, a xilanase é uma enzima que costuma ser utilizada para o branqueamento da celulose. A Verdartis Desenvolvimento Biotecnológico, situada no campus da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto, interior de São Paulo, desenvolve um sistema de engenharia de proteínas que otimiza o processo de produção de enzimas específicas, como a própria xilanase.

O projeto de pesquisa “Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinaria de biomassa: branqueamento de celulose”, aprovado na chamada de propostas PAPPE-PIPE III 2011, lançada pela FAPESP em parceria com a Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), pretende desenvolver tecnologia para a produção em larga escala de enzimas especializadas na catálise de determinados processos.

“Nós já produzimos enzimas de forma eficiente, mas falta fazer ajustes tecnológicos para poder fabricar em nível industrial”, disse Marcos Lorenzoni, sócio da Verdartis, à Agência FAPESP.

Richard John Ward, professor do Departamento de Química da USP de Ribeirão Preto, auxiliou na transferência de tecnologia do laboratório para a sede da Verdartis e presta consultoria à empresa. “Além da etapa experimental de biologia molecular, o projeto agrega tecnologias de bioprocesso de produção e de bioinformática”, disse Lorenzoni.

Para atingir escala industrial de produção, é preciso aumentar a quantidade de enzimas produzidas em um reator, o que, consequentemente, diminuirá o custo do processo.

“Atualmente, realizamos a fabricação da xilanase em fermentador de 10 litros e já conseguimos reduzir o custo da produção de bancada em 80 vezes, quando transferimos a tecnologia do laboratório para a empresa, considerando-se apenas o valor do meio de cultivo”, explicou Álvaro de Baptista Neto, da Verdartis, pesquisador responsável pelo projeto.

A redução inicial significativa no custo do processo, de acordo com Lorenzoni, está associada ao uso do software Artizima para a seleção das enzimas mais adequadas ao processo de branqueamento de celulose. O software foi desenvolvido com apoio do Programa FAPESP Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE).

De acordo com Baptista, se não fosse pelo software, a seleção das melhores enzimas teria que ser feita a olho nu e manualmente. O processo empregado também utiliza robôs, que separam as enzimas de modo mais eficiente. “Antes dos robôs, demorávamos cerca de dois anos para produzir enzimas específicas. Com eles, o tempo foi reduzido para oito ou até mesmo seis meses”, disse.

O Artizima faz o gerenciamento de seleção das enzimas que, no caso do branqueamento de celulose, precisam se comportar bem em altas temperaturas e em níveis de acidez (pH) que variam muito – as duas principais variáveis do processo.

“Com base em um procedimento de evolução dirigida, o Artizima faz a mutação aleatória das enzimas, a simulação dinâmica molecular em diferentes temperaturas e nível de pH e, por fim, a seleção das melhores enzimas”, explicou Lorenzoni.

Evolução dirigida

Lorenzoni conta que a Verdartis busca desenvolver enzimas de acordo com as condições reais de pH e temperatura apresentadas por fábricas como as da Suzano Papel e Celulose, colaboradora da empresa.

“O processo de evolução dirigida permite melhorar cada vez mais a eficiência dessas enzimas. Em apenas quatro rodadas evolutivas, uma xilanase que funcionava a 55º C passou a responder a uma temperatura de 90º C, por exemplo”, disse.

“Com um cluster de 15 computadores [cuja aquisição para o projeto também teve apoio da FAPESP], levamos apenas um mês para chegar à mutação mais eficiente de enzimas especializadas no processo de branqueamento da celulose”, afirmou Lorenzoni.

“O software e os robôs são ferramentas que, além de nos auxiliar na procura de clones das enzimas, aumentam a possibilidade de esses clones serem mais especializados, capacitados e interessantes para o processo”, acrescentou Baptista.

Todo o procedimento desenvolvido pela Verdartis já reduz tempo e custo no processo, porém, ainda é preciso ajustá-lo para uma produção em larga escala – objetivo central do projeto aprovado pelo PAPPE-PIPE III.

A empresa, fundada em 2007, pretende patentear o processo de produção de enzimas baseado na evolução dirigida acelerada. “A Verdartis foi criada não somente para produzir enzimas, mas, principalmente, para desenvolver tecnologias para se chegar a enzimas industriais”, disse Lorenzoni.

“Resultados com fermentadores de até 10 litros já temos. Agora, queremos expandir para uma escala de 50, 100 e 500 litros. Se conseguirmos, teremos grandes chances de participar competitivamente no mercado de produção de enzimas”, disse Baptista.