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O longo interesse em microalgas dinoflageladas como fontes de biotoxinas marinhas com impacto na segurança alimentar, explodiu recentemente devido à sua inesperada aplicação como fármacos [RoET2012]. É o caso do género Karlodinium, apesar da reduzida experiência com a produção prática pelas suas espécies , tal como acontece com estirpes de K. veneficum na nossa posse, capazes de sintetizar karlotoxinas (cujas estruturas químicas foram recentemente resolvidas) dotadas de notável potencial médico e para cuja detecção existem já protocolos, no âmbito da colaboração com a Universidade de Almeria (Espanha). As karlotoxinas permeabilizam membranas celulares com colesterol, perturbando o balanço osmótico e provocando lise [WaET2011]; para além do seu papel óbvio como fármaco hipocolesterolémico, podem ser usadas como antitumorais ? dado que células de tumores
sólidos, p.ex. mama e próstata (dois dos mais disseminados cancros a nível mundial), são particularmente ricas em colesterol nas suas membranas. Consequentemente, o nosso biocatalizador- e metabolito-modelo estão bem definidos ? mas a produtividade do segundo está longe de ser aceitável, coartando por isso experiências clínicas e produção industrial.
A síntese química de karlotoxinas é extraordinariamente complexa; e o genoma dos dinoflagelados-fonte é mais longo e complexo do que é normal, inviabilizando esforços de engenharia genética e metabólica [JaET2011]. A cultura em biorreactores é, portanto, a única opção realista para obter quantidades significativas desses compostos, mas reactores abertos não podem ser usados por razões de segurança e contaminação ambiental. Porém, tais microalgas são frágeis e crescem lentamente, pelo que configurações de fotobiorreactores (fechados) clássicos e respectivas condições operatórias não são de todo adequadas [RoET2012]; p.ex. é necessário fornecer continuamente CO2 devido à baixa solubilidade em água, o que exige turbulência para minimizar a resistência à transferência de  |
Summary
O longo interesse em microalgas dinoflageladas como fontes de biotoxinas marinhas com impacto na segurança alimentar, explodiu recentemente devido à sua inesperada aplicação como fármacos [RoET2012]. É o caso do género Karlodinium, apesar da reduzida experiência com a produção prática pelas suas espécies , tal como acontece com estirpes de K. veneficum na nossa posse, capazes de sintetizar karlotoxinas (cujas estruturas químicas foram recentemente resolvidas) dotadas de notável potencial médico e para cuja detecção existem já protocolos, no âmbito da colaboração com a Universidade de Almeria (Espanha). As karlotoxinas permeabilizam membranas celulares com colesterol, perturbando o balanço osmótico e provocando lise [WaET2011]; para além do seu papel óbvio como fármaco hipocolesterolémico, podem ser usadas como antitumorais ? dado que células de tumores
sólidos, p.ex. mama e próstata (dois dos mais disseminados cancros a nível mundial), são particularmente ricas em colesterol nas suas membranas. Consequentemente, o nosso biocatalizador- e metabolito-modelo estão bem definidos ? mas a produtividade do segundo está longe de ser aceitável, coartando por isso experiências clínicas e produção industrial.
A síntese química de karlotoxinas é extraordinariamente complexa; e o genoma dos dinoflagelados-fonte é mais longo e complexo do que é normal, inviabilizando esforços de engenharia genética e metabólica [JaET2011]. A cultura em biorreactores é, portanto, a única opção realista para obter quantidades significativas desses compostos, mas reactores abertos não podem ser usados por razões de segurança e contaminação ambiental. Porém, tais microalgas são frágeis e crescem lentamente, pelo que configurações de fotobiorreactores (fechados) clássicos e respectivas condições operatórias não são de todo adequadas [RoET2012]; p.ex. é necessário fornecer continuamente CO2 devido à baixa solubilidade em água, o que exige turbulência para minimizar a resistência à transferência de massa mas os turbilhões para a mistura danificam as células, uma vez que as suas paredes com placas são particularmente sensíveis às tensões de corte. As células de Karlodinium spp. dividem-se no final do período escuro, mas crescem e sintetizam toxinas durante a fase iluminada; e complexos sistemas circadianos determinam o seu comportamento, pelo que o simples fornecimento de luz é insuficiente. Portanto, padrões específicos de agitação e iluminação, e perfis adequados de macro- e micronutrientes, pH e força iónica devem ser concebidos e testados, de molde a ultrapassar as baixas taxas de crescimento e síntese de metabolitos. Baseados em informação dispersa sobre cultivo laboratorial de outros dinoflagelados, serão concebidos novos fotobiorreactores, e as condições operatórias serão melhoradas constituindo, assim, a principal inovação desta proposta; pretendemos capitalizar o nosso conhecimento, incluindo experiência prévia no desenvolvimento de configurações não convencionais de biorreactores, e contribuir para o
estado da arte na área das microalgas através da conjugação de disciplinas complementares como óptica, mecânica dos fluidos, ciência de materiais e fisiologia celular.
Dada a sua forte contribuição para os custos de processamento na biotecnologia azul, serão trabalhadas técnicas de separação a jusante para encontrar novas soluções, ou optimizar métodos clássicos de colheita, desidratação e disrupção de biomassa, extracção e purificação de karlotoxinas libertadas, e polimento do produto final. Iremos, assim, expandir o actual portfolio de metodologias de manuseamento pós-reaccional e desenvolver técnicas dedicadas e optimizadas para uma nova classe de compostos com interesse farmacêutico; e iremos avaliar o impacto ambiental e a viabilidade económica globais, após tentativa de aumento de escala. Espera-se, assim, um fortalecimento do conhecimento tecnológico focado na economia azul ? um dos campos emergentes na Região Norte, e com maior potencial de crescimento de acordo com a Estratégia para a Especialização Inteligente em 2014-20.
A nossa abordagem difere de outras por desenvolver configurações não convencionais de fotobiorreactores concebidos para microrganismos que crescem lentamente e são frágeis e por prosseguir uma visão integrada de toda a cadeia de bioprocessamento, da matéria prima ao produto final, incluindo tópicos de índole ambiental e económica. Nesse sentido, ela contribuirá para o Sistema Nacional de Ciência e Tecnologia ? através da adequação à estratégia do LEPABE, porquanto ?representante do que de melhor Portugal pode actualmente oferecer no campo da Biotecnologia, sendo excelente e perfeitamente alinhado com o que é oferecido pelos melhores Centros de investigação em Biologia/Bioquímica aplicadas, e sendo o melhor representante português no campo
de investigação, em franco crescimento, entre Engenharia Química e Biociências (cf. exercício de avaliação internacional de 2014). |