Biotecnologia: Micro-organismos selecionados abrem rotas mais sustentáveis para a indústria química

Química e Derivados, Placa de Petri com cepas de Saccharomyces sp em crescimento
Placa de Petri com cepas de Saccharomyces sp em crescimento

Bactérias, algas, fungos e leveduras selecionados são utilizados para produzir substâncias variadas, a exemplo de etanol, butanol, polímeros (acrílico, poliéster) e outros, mediante o desenvolvimento dos processos biotecnológicos. Apontados como a próxima onda de evolução do setor químico, esses processos encontram ambiente adequado para crescer aqui no Brasil, pela disponibilidade de materiais contendo carbono (biomassa, especificamente, mas também óleos e extratos vegetais), clima favorável ao desenvolvimento dos microorganismos e áreas livres.

Enquanto as condições naturais favorecem o seu avanço, entraves burocráticos atuam contra a atividade biotecnológica. A obtenção de licenças para desenvolver as pesquisas, a demora na obtenção de privilégios de patente e o peso excessivo dos tributos conspiram contra as iniciativas nessa vanguarda tecnológica.

Microorganismos geneticamente modificados são um recurso de extrema importância para a biotecnologia, mas dependem de aprovação da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) para serem multiplicados e comercializados. São verdadeiras usinas de produtos químicos, com a vantagem adicional de permitir economia de energia (operam a baixas temperaturas) e vantagens ambientais, por representarem menor emissão de gases geradores do efeito estufa e baixa geração de subprodutos de menor interesse econômico.

O potencial da biotecnologia brasileira já foi apontado no estudo desenvolvido pela Bain & Co. para a Abiquim, em 2014, com a recomendação de receber incentivos econômicos, além de uma revisão de mecanismos burocráticos e de política tributária para inovação. De lá para cá, pouca coisa mudou, infelizmente. Também o relatório de 2016 do National Renewable Energy Laboratory (NREL), dos EUA, aponta como promissora a produção de químicos a partir de biomassa, apostando na evolução das biorrefinarias para substituir os derivados de petróleo como insumo básico dessa indústria. Porém, o NREL destacou a influência negativa do shale gas, mais competitivo economicamente. Dessa forma, o laboratório enxerga melhores oportunidades nas cadeias C4 e C5, ou superiores, ou seja, na linha do butadieno ou do isopreno, geralmente supridos por ckackers de nafta.

Nos Estados Unidos, dois programas incentivam o maior consumo de produtos de origem biotecnológica. O Departamento de Agricultura daquele país, pelo BioPreferred, de 2002, identificou 97 categorias de bioprodutos cuja aquisição deve ser preferida pelos órgãos oficiais americanos, em detrimento das fontes derivadas do petróleo. O programa Snap, criado pela agência ambiental EPA em 1994, pretende substituir produtos que atacam a camada de ozônio.

Química e Derivados, Janeiro: programa RenovaBio já começou a dar resultados
Janeiro: programa RenovaBio já começou a dar resultados

A produção de etanol é um campo de largo emprego da biotecnologia. O desenvolvimento de cepas mais produtivas de leveduras é realizado há décadas. Há alguns anos, o aproveitamento do bagaço e da palha de cana-de-açúcar motiva pesquisas para a produção do etanol de segunda geração (E2G). Foi preciso desenvolver um caminho para separar a lignina (um composto fenólico não fermentável) da celulose e hemicelulose, todos esses produtos constituintes das paredes das células vegetais, seguida da hidrólise da celulose em açúcares menores, capazes de alimentar as leveduras que os converterão em etanol. Essa hidrólise era realizada com ácidos, mas está sendo substituída por enzimas, que oferecem melhor rendimento e operação a baixa temperatura.

Dada a elevada disponibilidade de bagaço e palha de cana, há duas instalações comerciais de produção de E2G no Brasil – da Raízen e da GranBio –, além de uma unidade de demonstração do Centro de Tecnologia Canavieira S/A (CTC), instalada em São Manoel-SP. “A produção de etanol 2G está crescendo no Brasil, seguindo uma curva de aprendizagem natural para uma tecnologia inovadora”, avaliou Viler Correa Janeiro, presidente do conselho da Associação Brasileira de Biotecnologia Industrial (ABBI) e diretor de negócios do CTC. “No nosso caso, a unidade de São Manoel está gerando uma grande quantidade de dados que ajudarão a viabilizar uma futura instalação em escala comercial.”
Ele considera a produção de E2G como o campo mais avançado da biotecnologia industrial hoje no país e com espaço para crescer. “O setor de celulose e papel, por exemplo, não é associado à ABBI, mas tem projetos ambiciosos de biorrefinarias alimentadas com recursos florestais”, afirmou. O programa federal RenovaBio, lançado em dezembro passado para incentivar a produção de biocombustíveis (etanol e biodiesel), já está dando frutos, segundo o executivo. “Esse programa está andando rápido, começando pelas formas convencionais de produção, mas também dará um apoio importante para processos mais sofisticados”, considerou. “Mesmo assim, ainda falta definir uma política pública de longo prazo para biocombustíveis.”

Química e Derivados, Bagaço de cana é ponto de partida para o E2G
Bagaço de cana é ponto de partida para o E2G

Além do E2G, o CTC desenvolve trabalhos de melhoramento genético convencional de variedades de cana, além de modificar geneticamente algumas linhas, introduzindo genes de Bacillus thrurigienses (BT) para alcançar efeito inseticida. “Criamos uma variedade com efeito letal contra a broca da cana, está em fase de avaliação pelo CTNBio, mas temos outras variedades modificadas em experimento de campo, para avaliação futura”, explicou Janeiro. Ele salientou que, além de aprovar a variedade de cana, é preciso que o açúcar com ela produzido seja também aprovado pelo países consumidores. A broca da cana gera um prejuízo anual estimado em R$ 5 bilhões para a produção nacional do setor, portanto seu combate é prioritário.

Janeiro salienta que o Brasil possui amplas condições para desenvolver projetos biotecnológicos de grande alcance, contando com equipes altamente qualificadas na área de pesquisa. O gargalo, como explicou, está na proteção da propriedade intelectual. “O prazo para a concessão de uma patente é muito alto no Brasil, isso preocupa quem trabalha com inovação”, salientou. Além disso, ele considera que a CTNBio está bem estruturada para atender as demandas de biotecnologia agrícola (como o desenvolvimento de novas variedade de plantas), mas nem tanto no campo industrial.

Além dos combustíveis – Processos industriais encontram nas enzimas um auxílio importante para aumentar a produtividade e eficiência no aproveitamento de recursos. A Novozymes, líder mundial nesses catalisadores proteicos, entende que a biotecnologia é a ferramenta para eliminar gargalos que representam problemas em todo o mundo, de forma sustentável e econômica. “O mundo já tem 7 bilhões de habitantes e deve chegar a 9 bilhões até 2050; como alimentar, vestir, gerar energia e abrigar toda essa gente, sem destruir todos os recursos naturais do planeta? A biotecnologia ajudará a resolver essa questão”, enfatizou Emerson de Vasconcelos, presidente regional da Novozymes.

Química e Derivados, Vasconcelos: antiespumante enzimático nasceu em Araucária
Vasconcelos: antiespumante enzimático nasceu em Araucária

A companhia de origem dinamarquesa abriu escritório comercial no Brasil em 1975, iniciando a produção de enzimas em Araucária-PR, em 1989. No mesmo sítio, montou um centro de pesquisas em 2011, contando hoje com vinte especialistas com grau de doutorado que atuam principalmente nos biocombustíveis. Esse centro de pesquisas opera em rede com os demais centros da companhia espalhados pelo mundo.

No país, a Novozymes atua em 40 diferentes segmentos industriais, desde a produção de alimentos até acabamentos têxteis – aquele jeans desbotado e macio provavelmente foi tratado com enzimas específicas, com baixo consumo de água, em comparação com os métodos tradicionais. O maior campo de atuação das enzimas (aqui e no mundo) está nos auxiliares para detergentes de limpeza, seguido pelos insumos para alimentos e biocombustíveis. “O etanol é muito importante no Brasil, investimos nisso desde 2000 e acreditamos que os biocombustíveis devem ainda crescer pelos próximos 10 anos”, afirmou Vasconcelos. Em setembro de 2016, a empresa lançou o primeiro antiespumante enzimático para dornas de fermentação alcoólica. Trata-se de uma protease que previne a formação de espuma, substituindo até 70% dos insumos químicos dessa categoria. “O Fermax foi desenvolvido no centro de pesquisas de Araucária e será vendido também no exterior”, explicou.

Química e Derivados, Novozymes opera unidades de produção e centro de pesquisas em Araucária-PR
Novozymes opera unidades de produção e centro de pesquisas em Araucária-PR

A disponibilidade de materiais celulósicos e o fato de a maior parte da frota de carros contar com motores do tipo flex-fuel colaboram para a grande aceitação do combustível e alimentam a perspectiva de crescimento de consumo. Também na produção de biodiesel as enzimas oferecem vantagens. “A via enzimática permite reduzir a temperatura da reação de transesterificação e elimina o uso do catalisador metóxido de sódio, que é um inconveniente do método tradicional, estamos divulgando a tecnologia no Brasil, que pretende chegar à mistura B10 (10% de éster no diesel) até 2019”, comentou.Nos alimentos, as enzimas permitem aumentar a digestibilidade e disponibilidade de nutrientes, aumentando a sua absorção no trato digestivo de suínos e aves, por exemplo. Para humanos, há enzimas que permitem gerar produtos isentos de lactose, muito procurados pelas pessoas com intolerância ao açúcar natural do leite.

A produção de enzimas depende do cultivo de microorganismos especializados na sua produção. Trata-se de uma tecnologia limpa e sofisticada, exigindo esforços constantes de pesquisa para identificar novas linhas de produtos, além de modificar geneticamente alguns microorganismos para gerar as proteínas desejadas. A companhia oferece microorganismos especializados para tratamento de água e melhor aproveitamento de nutrientes do solos pelas plantas (nesse caso, por meio da BioAg, uma joint venture com a Monsanto). Fornece também coprodutos de fermentação para aplicações na indústria de cosméticos e farmacêuticos, a exemplo do ácido hialurônico.

“Além de produtos diferenciados, também investimos muito no melhoramento contínuo do nosso processo produtivo, para que nossas soluções sejam cada vez mais competitivas”, comentou Vasconcelos. Ele comentou que a companhia possui alguns novos produtos em fase de estudos por parte da CTNBio, dentro do prazo regular de dois anos para avaliação. “Nós colaboramos com as autoridades e oferecemos todas as informações disponíveis”, disse. Em comparação com outros países, ele entende que a burocracia nacional poderia ser mais ágil, em especial no caso das patentes.

Como atua em uma área de alta tecnologia, a Novozymes recruta profissionais das universidades e oferece a eles uma especialização. “O ensino universitário dá uma base para os alunos, mas falta um pouco de incentivo à especialização”, comentou. A empresa começou no ano passado a desenvolver trabalhos de doutorado em conjunto com o Senai e se esforça para se aproximar das universidades, em especial da Universidade Federal do Paraná (UFPR), mais próxima das suas instalações. “No caso da BioAg, com fábrica em Quatro Barras-PR, há projetos em andamento com a Embrapa.” A Novozymes do Brasil também mantém um programa com alunos de primeiro e segundo grau, com objetivo de apresentar a eles o que é a biotecnologia e seus usos.

Em termos comerciais, em 2016 a companhia obteve crescimento de vendas de 2%. Embora positivo, o resultado ficou abaixo das expectativas iniciais, fato justificado pelo péssimo desempenho da economia nacional. “Como atuamos em 40 segmentos de mercado, isso nos dá um pouco mais de segurança quanto à demanda, além disso, as enzimas são muito vantajosas para os clientes e é muito difícil substituí-las sem perder qualidade ou agredir o ambiente”, considerou.

Fermentações avançadas – A engenharia genética e a seleção das rotas metabólicas das leveduras permite gerar insumos químicos sofisticados, com interesse muito maior do que os combustíveis. “O mercado de combustíveis automotivo é imenso, lida com volumes gigantescos e exige investimentos muito elevados para atuar nele, portanto não é um campo de trabalho adequado para uma empresa inovadora de pequeno porte, ainda mais com o petróleo sendo vendido a preço baixo”, considerou Eduardo Loosli, vice-presidente da Amyris Brasil, empresa de origem californiana (EUA) com foco em biotecnologia.

Química e Derivados, Loosli (esq.) e Rossi: farneseno e fragrâncias feitas em Brotas
Loosli (esq.) e Rossi: farneseno e fragrâncias feitas em Brotas

O produto mais conhecido da companhia é o farneseno, molécula com 15 átomos de carbono que pode substituir o óleo diesel e o querosene de aviação sem a necessidade de alterar os equipamentos de combustão (motores/turbinas). Loosli informou que uma parte da frota de ônibus urbanos da cidade de São Paulo rodou com misturas entre 10% e 30% de farneseno no diesel, com excelentes resultados. “Pode até rodar só com o farneseno, sem problemas”, informou. Há companhias aéreas internacionais que usam esse combustível em misturas de 20% a 30% com o querosene tradicional. A ANP autorizou até 10% de incorporação do farneseno. “O produto é tecnicamente adequado, mas é preciso ter preço competitivo”, disse.

A Amyris obteve, em 2016, o primeiro ano com vendas consistentes e contratos previsíveis com clientes, além de registrar aumento na lucratividade. “Conseguimos duplicar as receitas sem vender praticamente nada para uso em combustíveis”, informou o vice-presidente. “E temos a previsão de rodar com fábrica cheia em 2017, reforçando nosso projeto de instalar uma segunda linha de produção, essa voltada para itens de menor volume e maior valor.”
A fábrica brasileira está instalada em Brotas-SP, dentro de uma usina sucroalcooleira, sua fornecedora de xarope (caldo de cana evaporado, antes da cristalização). “Na entressafra de cana, alimentamos o processo com a mistura de melaço com açúcar de alta polarização (VHP), adicionando alguns metais para compor um meio adequado às leveduras”, explicou João Paulo Rossi, coordenador comercial da companhia. O uso de açúcares obtido de materiais celulósicos é visto como uma alternativa ainda distante para reduzir custos, aliás, um dos planos da companhia para longo prazo. “Afinal, ninguém paga prêmio pela sustentabilidade, precisamos oferecer soluções de alta performance com custo total de utilização menor ou igual ao disponível no mercado.”

A ideia é obter ganhos internos com a evolução tecnológica, ampliação da escala de produção – como diz Loosli, “uma operação com rigor farmacêutico em escala petroquímica” –, usar matéria-prima mais econômica e aumentar a venda de coprodutos. “As leveduras não podem ser vendidas, isso ainda não foi aprovado pelos órgãos competentes, mas poderia gerar uma receita adicional”, considerou Rossi.

Além do uso como combustível, após hidrogenação parcial, o farneseno pode ser usado como solvente, com perfil parecido com o d-limoneno, com emissão zero de VOC e biodegradabilidade completa. A substância também encontra aplicações como insumo para a produção de nutracêuticos, cosméticos (esqualano, um emoliente do qual atende a 30% da demanda mundial), óleos básicos lubrificantes, agente de polimerização para borracha e outros. “Além do farneseno e seus derivados, também produzimos em Brotas fragrâncias, já temos duas em escala comercial, desenvolvidas a pedido de clientes”, comentou Loosli.

Atualmente, a companhia tem obtido melhores resultados com projetos de colaboração do que com a venda de itens de larga escala. “Temos uma grande expertise em genética de leveduras e em processos fermentativos, conseguimos encontrar soluções eficientes, econômicas e sustentáveis para as solicitações dos interessados”, afirmou.

Em âmbito mundial, a Amyris atua com 14 contratos de colaboração, em diferentes estágios, com remuneração por profit share (repartição de lucros). A unidade brasileira ainda não celebrou nenhum contrato, restringindo-se ao farneseno e fragrâncias, quase sempre exportadas. “A exportação é rentável, mas nos gera um problema: o acúmulo de créditos de ICMS que não conseguimos recuperar”, lamentou.

A origem da Amyris é a Universidade da Califórnia, em Berkley. Um grupo de estudantes se reuniu para elaborar um projeto solicitado em um concurso criado pela Fundação Bill e Melinda Gates (a família da Microsoft) para a produção de uma substância para o tratamento da malária, doença que mata todos os anos milhares de pessoas, especialmente nos países menos desenvolvidos. Dessa forma, surgiu a rota biotecnológica para a produção do ácido artemisínico, precursor da artemisina, comercializada pela Sanofi, sob licença e coordenação da fundação, que detém os direitos de propriedade intelectual. “A fundação patenteou a rota específica da artemisina, a etapa C10, mas deixou para a Amyris um caminho aberto para desenvolvimento de outras cadeias carbônicas, como o farneseno”, explicou.

Química e Derivados, Leveduras cultivadas vistas ao microscópio
Leveduras cultivadas vistas ao microscópio

A empresa começou seus trabalhos com bactérias (Escherichia), mas logo adotou como base as leveduras do gênero Saccharomyces, microorganismos muito robustos e de fácil manipulação. “Fazemos até 120 mil alterações no código genético dessas leveduras, mas só introduzimos de 4 a 7 genes exógenos”, aduziu. Além da alteração genética, a companhia consegue interromper o processo de fermentação usual em etapas intermediárias, bem como busca despertar rotas metabólicas diferentes nos micro-organismos. “Cada levedura tem a capacidade de operar milhares de rotas metabólicas diferentes, com a evolução natural, prosperou a que aproveita melhor o ciclo de Krebs, que é a usada para a produção de pão e de etanol”, explicou. A modelagem computacional ajuda a promover as modificações genéticas que despertam outras rotas metabólicas, usando robôs para gerar até 120 mil cepas por semana para ensaios. “O caminho é programar a levedura, via introdução de genes, e depois verificar a mutagênese randômica do material e selecionar os mais adequados.”

Dessa forma, a Amyris conseguiu obter leveduras que expressam a rota metabólica mais parecida com a usada pelo corpo humano para a produção de hormônios, a linha dos isoprenóis. Há alguns anos, havia um projeto em andamento para a obtenção biotecnológica do isopreno, para composição de borracha sintética. Mas esse projeto só deve deslanchar no longo prazo, pois a companhia mudou a estratégia, buscando atuar mais em especialidades de alto valor.

O grande trunfo da companhia é sua base de dados e a capacidade computacional para aproveitá-los. Participa ativamente do programa Darpa (das forças armadas dos EUA), com a meta de apresentar em poucos anos 450 novas moléculas com algum potencial de produção, não necessariamente para uso militar. “É uma forma de fomentar a inovação tecnológica, isso os mantém na vanguarda mundial”, comentou Loosli.
Na sua avaliação, o Brasil possui um arcabouço regulatório de boa qualidade para a inovação biotecnológica, alinhado com os países mais avançados do mundo. O cumprimento das normas é que sofre com alguns entraves e atrasos. “Há uma repartição saudável de competências: o CTNBio aprova a parte relativa à genética; a Anvisa cuida dos impactos à saúde da população, o Ministério da Agricultura, da alimentação animal e assim por diante”, comentou. Os problemas surgem quando é preciso alterar algum dado de produção ou estoque, além da necessidade de renovar as licenças (são várias) em prazos curtos, além da obrigação de mandar relatórios com periodicidade muito curta. “Isso poderia ser enxugado, sem prejuízo da segurança para a população.”

Ele também considera que o ambiente para pesquisas no Brasil é burocratizado demais, afastando as empresas das entidades como universidades e centros especializados. Há dificuldades para importar os materiais necessários aos desenvolvimentos, licenças de importação para organismos geneticamente modificados são complexas, há proteções a fornecedores locais, impostos elevados para importar equipamentos, mesmo usados. “Some tudo isso e se tem uma noção das dificuldades para atuar em biotecnologia no país”, afirmou.

Apesar disso, Loosli considera que o Brasil é o melhor lugar do mundo para o desenvolvimento da biotecnologia, pois há oferta ampla de cadeias carbônicas de origem sustentável e economicamente viáveis. “É preciso maior envolvimento com o setor agro, a oferta de cana e de eucalipto é fantástica, mas estamos ficando para trás nas pesquisas”, lamentou.

Química e Derivados, Oliveira: fontes vegetais vão deslocar derivados de petróleo
Oliveira: fontes vegetais vão deslocar derivados de petróleo

Algas em crescimento – O cultivo de microalgas que transformam açúcares em óleos de alto valor, para uso em cosméticos, medicamentos e alimentos, é a estratégia criada pela Solazyme, atualmente denominada Terra Via, detentora dos direitos de propriedade intelectual. A Terra Via formou uma joint venture paritária com a Bunge para montar sua unidade de produção no Brasil, em Orindiúva-SP, contígua à Usina Moema (da Bunge). Essa joint venture é a Solazyme Bunge, única unidade de produção em escala comercial desse empreendimento.

“As microalgas são micro-organismos unicelulares capazes de transformar açúcares em óleos e outros ingredientes especiais; elas são cultivadas em tanques de fermentação idênticos aos usados na produção de vinho e cerveja”, explicou Miguel de Oliveira, diretor da Bunge Global Innovation. A unidade de produção brasileira iniciou atividades comerciais em maio de 2014, gerando produtos para nutrição animal, alimentos e cuidados pessoais. Recentemente, segundo o diretor, a Solazyme Bunge iniciou a produção do AlgaPrime DHA, uma fonte inovadora e sustentável do ácido graxo docosahexaenoico (poli-insaturado, do grupo do ômega-3), até então obtido do óleo de peixe, apenas. “A demanda mundial por ômega-3 está crescendo rapidamente; já exige o processamento de um milhão de toneladas anuais de óleo de peixe”, considerou. A companhia já fornece o ingrediente para a produção de salmão e está expandindo a oferta.

Na avaliação de Oliveira, o Brasil tem um grande potencial para atividades biotecnológicas por combinar uma vasta produção de matérias-primas (carboidratos e proteínas) com os recursos disponíveis em pessoas, materiais e fornecimento de energia. “Sempre há espaço para melhorias, já que a regulação tende a ficar atrás do desenvolvimento, mas tanto a CTNBio quanto o MAPA têm se mostrado receptivos para possibilitar novas capacidades de biotecnologia no mercado brasileiro. Em relação ao apoio financeiro, o BNDES tem sido muito proativo quanto a essas iniciativas e ampliou o crédito para apoiá-las em vários segmentos da indústria”, considerou. O banco de desenvolvimento, aliás, viabilizou a construção da planta no país.

Química e Derivados, Em Orindiúva-SP, Solazyme Bunge usa microalgas para produzir óleos
Em Orindiúva-SP, Solazyme Bunge usa microalgas para produzir óleos

Oliveira explicou que, nos últimos anos, a economia do Brasil e os baixos preços globais do petróleo afetaram negativamente o desenvolvimento dos negócios. Ele acredita que a economia se recuperará e as melhores condições locais permitirão novamente o avanço da biotecnologia com maior impacto no país.

“O futuro da biotecnologia está na colaboração entre a inciativa privada e o setor público, tanto no fomento de projetos, quanto na aproximação entre indústria e academia; esses esforços coordenados transformarão as oportunidades em realidade”, observou o diretor. Para ele, a biotecnologia é a base para o rápido desenvolvimento da bioeconomia, na qual cada vez mais materiais, óleos e alimentos serão produzidos de fontes vegetais e não de derivados do petróleo ou de origem animal.

A Solazyme Bunge confirma a preferência pela plataforma tecnológica das microalgas, que está sendo continuamente atualizada e desenvolvida. “Nossa produção tem baixa pegada de carbono por se basear na cana-de-açúcar e contar com suprimento de vapor e energia fornecidos pela Usina Moema”, afirmou.

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