Microbiologia Industrial

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A Aplicação Industrial da 
Microbiologia
BIOTECNOLOGIA
 A Microbiologia Industrial é a parte da Microbiologia 
que se dedica à produção de bens e serviços por 
microrganismos.
 A diversidade de áreas de aplicação da Microbiologia 
Industrial, como a indústria farmacêutica, alimentar, 
agropecuária, energética, têxtil e de tratamento de 
resíduos, justifica a importância e o impacto deste tema 
na atualidade.
 A biotecnologia é a aplicação da 
tecnologia em sistemas vivos.
 A aplicação industrial dos 
microrganismos é um aspecto da 
biotecnologia.
Introdução
Microrganismos como elementos-chave em 
processos biotecnológicos
• Microbiologia industrial = otimização de certas 
reações para produção de compostos de 
interesse.
• Biotecnologia = microrganismos geneticamente 
modificados visando a produção de produtos 
que normalmente eles não são capazes de 
produzir.
Introdução
Biotecnologia é apenas
transformação genética
Microbiologia Industrial
 Principais organismos
• Fungos = leveduras e bolores
• Actinomycetes = Streptomyces
 Características dos microrganismos 
empregados em processos biotecnológicos:
• Crescer in vitro
• Crescer em larga escala
• Não ser fastidioso
• Crescer mesmo em condições subótimas
• Ser de fácil manutenção
• Não ser patogênico
• Ser facilmente manipulável e geneticamente estável
Microbiologia Industrial
 Processos
• Produção de fármacos: antibióticos, esteróides, insulina. 
Novos produtos como a insulina e o interferon estão 
sendo produzidos por bactérias geneticamente 
construídas.
• Produção de químicos valiosos: solventes e enzimas, 
bem como vários compostos utilizados como matéria-
prima para a síntese industrial de outras substâncias.
• Produção de suplementos alimentares: probióticos, etc. 
• Produção de bebidas alcoólicas: cerveja, vinho, 
destilados, etc. Constituem alguns dos processos mais 
antigos da biotecnologia de larga escala.
Microbiologia Industrial
• Produção de vacinas (agentes imunizantes, 
principalmente antivirais). As células microbianas 
íntegras, suas partes ou seus produtos são obtidos em 
grande quantidade e utilizados para a produção de 
vacinas.
• Controle biológico de pragas e doenças: B. thuringiensis, 
Beauveria, etc. Produção de microrganismos para ser 
utilizados como inseticidas (biocidas). Estes 
microrganismos produzem uma proteína cristalizada 
que é letal para larvas de lepidópteros.
• Uso de microrganismos na mineração e na indústria do 
petróleo.
• Biorremediação/fertilidade dos solos: micorrizas, 
culturas “feitas sob medida”, etc.
Processos podem ser melhorados 
engenharia genética 
grande potencial com grande 
impacto econômico
Microrganismos na produção de alimentos
 Fermentação de produtos lácteos
• Iogurte – Lactococcus thermophilus, Lactobacillus
bulgaricus
• Kefir (leite fementado) – Lactococcus lactis, L. 
bulgaricus e leveduras
• Leite fermentado – Lactobacillus acidophilus
• Manteiga – Streptococcus cremoris, Leuconostoc
cremoris e Lactobacillus lactis
Microrganismos na produção de alimentos
 Fermentação de produtos lácteos
o Queijo
• Lactococcus e Lactobacillus
• Propionibacterium – queijo Suíço
• Penicillium – queijo camembert, roquefort, brie
Microrganismos na produção de alimentos
 Vegetais fermentados
• Chucrute – Enterobacter cloacae, Leuconostoc
mesenteroides, Lactobacillus plantarum, L. brevis
• Picles – L. plantarum, L. mesentereoides, 
Enterococcus faecalis, Pediococcus cerevisae, 
Pseudomonas spp., Flavobacterium spp., Bacillus
spp. e leveduras
Microrganismos na produção de alimentos
 Vegetais fermentados
• Azeitonas – Leuconostoc
• Molho de soja – Aspergillus oryzae, Pediococcus
soyae, Saccharomyces spp., Torulopsis spp., e 
Lactobacillus spp.
• Miso – Aspergillus oryzae
Microrganismos na produção de alimentos
 Fermentação de carnes
• Embutidos – produzidos por bactérias do ácido lático, 
em particular Pediococcus cerevisae.
Produção de pães
• Pães – Saccharomyces cerevisae, Clostridium spp. e 
bactérias coliformes podem ser empregados
Microrganismos na produção de alimentos
 Bebidas alcoólicas
• Etanol (álcool etílico):
• é um solvente comum;
• é matéria-prima utilizada no laboratório e na indústria 
química;
• produzido por leveduras que utilizam qualquer 
carboidrato fermentável como substrato.
• Carboidratos utilizados: malte da cevada, pasta de 
cereais, mostro da uva, melaço, pasta de malte de milho 
e centeio, etc.
Microrganismos na produção de alimentos
 Bebidas alcoólicas
• Cervejas: produção de 50 bilhões de litros por ano 
usando Saccharomyces cerevisae. 
• Malte da cevada e amido misturados com água morna.
• Após a conversão enzimática do amido, o mostro é 
filtrado e fervido com o lúpulo.
• Finalmente é fermentado com a levedura.
Microrganismos na produção de alimentos
 Bebidas alcoólicas
• Vinho: fermentação usando S. cerevisae e S. 
ellipsoideus (várias amostras).
• Mostro de uva com concentração de açúcar superior a 
22%.
• A massa é sulfitada para reduzir a taxa de fermentação.
• Pode ser fermentada com uma amostra especial de 
levedura ou com leveduras presentes na uva.
• A fermentação primária é sucedida por um período de 
armazenamento para o envelhecimento.
Microrganismos na produção de alimentos
 Bebidas alcoólicas
• Uísque escocês: fermentação usando S. cerevisae
(geralmente uma levedura especial).
• Pasta de cereal cozida, sacarificada com turfa de malte e 
fermentada.
• Destilado e envelhecido em barril de carvalho por pelo 
menos três anos.
• Misturado a seguir com cereal de uísque.
Microrganismos na produção de alimentos
 Bebidas alcoólicas
• Cachaça: fermentação usando S. cerevisae ou outras 
leveduras.
• Destilado feito à base de cana-de-açúcar, leveduras e água. 
• Entram na composição da cachaça mais de 300 substâncias, 
das quais noventa e oito por cento (98%) consistem de água 
e etanol. 
• As substâncias contidas no mosto, extraídas do colmo da 
cana, sofrem reações entre sí e em decorrência dos processos 
de fermentação, destilação e envelhecimento.
Microrganismos na produção de alimentos
 Bebidas alcoólicas
• Vinagre
• Vinagre = “vinho ácido”.
• fermentação a álcool (S. cerevisae) e em seguida a ácido 
acético (Acetobacter e Gluconobacter) ou conversão 
direta a acetato (Clostridium spp.)
Produtos ligados à saúde
• Antibióticos - Agentes antimicrobianos produzidos por 
microrganismos (bactérias e fungos) exibindo função de inibir 
ou eliminar outros microrganismos
• 1941 – nenhuma indústria de antibióticos
• Ganhadores do Premio Nobel em Fisiologia e Medicina 
de 1945 “Descoberta da Penicilina e seus efeitos curativos em 
várias doenças infeciosas“ → Sir Alexander Fleming, 
Ernst B. Chain e Sir Howard Florey.
• 1951 – 344 milhões de U$D por ano
• 1980 – 100.000 toneladas com vendas superiores a 1 bilhão 
de U$D/ano somente nos EUA
• 2010 – 20 bilhões de U$D/ano
• Custo de produção de um antibiótico: 1,2 bilhões de U$D e 
cerca de 15 anos até a comercialização
Produtos ligados à saúde
• Antibióticos - Agentes antimicrobianos produzidos por 
microrganismos (bactérias e fungos) exibindo função de inibir 
ou eliminar outros microrganismos
• 1941 – nenhuma indústria de antibióticos
• Ganhadores do Premio Nobel em Fisiologia e Medicina 
de 1945 “Descoberta da Penicilina e seus efeitos curativos em 
várias doenças infeciosas“ → Sir Alexander Fleming, 
Ernst B. Chain e Sir Howard Florey.
• 1951 – 344 milhões de U$D por ano
• 1980 – 100.000 toneladas com vendas superiores a 1 bilhão 
de U$D/ano somente nos EUA
• 2010 – 20 bilhões de U$D/ano
• Custo de produção de um antibiótico: 1,2bilhões de U$D e 
cerca de 15 anos até a comercialização
Antibiótico Microrganismo Produtor
Cloranfenicol Síntese química: anteriormente produzido
via síntese microbiana por S. venezuelae (A)
Cicloheximida Streptomyces griseus (A)
Cicloserina Streptomyces orchidaceus (A)
Eritromicina Streptomyces erithreus (A)
Cefalosporina Cephalosporium sp. (F)
Kanamicina Streptomyces kanamyceticus (A)
Griseofulvina Penicillium griseofulvin (F)
Bacitracina Bacillus licheniformis (BFE)
Neomicina Streptomyces fradiae (A)
Nistatina Streptomyces noursei (A)
Penicilina Penicillium chrysogenum (F)
Polimyxina B Bacillus polimyxa (BFE)
Estreptomicina Streptomyces griseus (A)
Tetraciclina Streptomyces rimosus (A)
Alguns antibióticos produzidos comercialmente
Isolamento e
seleção de
microrganismos
produtores de
antibióticos
(Ex. : Estreptomicina)
Produtos ligados à saúde
Enzimas
o Catalisadores: aceleram atividades bioquímicas
o Utilizadas como suplementos nutricionais
o Produzidas por fungos e bactérias como: Aspergillus, 
Penicillium, Mucor e Rhizopus.
o Exemplos:
• Amilases: preparo de adesivos e colas, clareamento de 
sucos de frutas, produção de detergentes. 
• Invertases: catalisa a hidrólise do dissacarídeo sacarose 
aos monossacarídeos glicose e frutose – preparo de 
doces recheados com creme, produção de xaropes que 
não cristalizam (refrigerantes).
Produtos ligados à saúde
o Exemplos:
• Proteases: curtimento do couro; tratamento da seda e 
componente de detergentes.
• Pectinases: sucos – utilizada no clareamento de sucos de 
frutas e na maceração da fibra do linho para a produção 
do tecido.
• Estreptoquinase – tratamento de pacientes que sofreram 
ataques cardíacos.
• Celulase – digestivo.
• Glicose oxidase – remove glicose dos ovos antes do 
ressecamento; remove o oxigênio de alimentos 
enlatados, refrigerantes e cervejas; utilizada na produção 
de fitas-teste para o controle de diabetes.
Produtos ligados à saúde
• Aminoácidos e vitaminas - largo espectro de uso comercial como 
aditivos ou suplementos alimentares e agentes terapêuticos.
• Grande importância dos aminoácidos - alimentação humana e no 
enriquecimento de ração animal.
• Grande número de aminoácidos não é sintetizado no organismo de 
animais superiores.
• Esses aminoácidos devem ser introduzidos na dieta através da 
alimentação. 
• Organismo humano - incapaz de sintetizar metade dos 20 
aminoácidos
essenciais.
• Cerca de 70% da produção industrial de aminoácidos é utilizada na 
formulação de alimentos.
• 30% restantes utilizados como aditivos de rações.
• Vitaminas são indispensáveis ao metabolismo de animais 
superiores. 
• Encontradas em diversos alimentos, porém em quantidades 
pequenas.
• In: SILVA, D.D.V., CARVALHO W., CANILHA L.; MANCILHA I. M., 2005).
Produtos ligados à saúde
Vitaminas
o A maioria é produzida quimicamente, mas muitas são muito 
complexas e portanto produzidas apenas por microrganismos.
o Principais:
→B12:
• Sintetizada exclusivamente por microrganismos.
• Essencial a todos os animais.
• Suplemento alimentar animal e de outros alimentos.
• Essencial no sangue (hemácias).
• Tratamento da anemia perniciosa.
• Não é produzida por plantas (vegetarianos).
• Microrganismos produtores: Propionibacterium e Pseudomonas.
→Riboflavina: bactérias e fungos (Eremothecium ashbyl) –
suplemento vitamínico
Vitamina B12 Riboflavina
Produtos ligados à saúde
 Aminoácidos
• Alguns aminoácidos como glutamato, lisina, 
fenilalanina, aspartato, treonina e isoleucina são 
atualmente obtidos por via fermentativa.
• Fermentações empregam diferentes fontes de 
carbono, como glicose, frutose, melaço, hidrolisados 
de amido, etanol, glicerol, acetato, propionato, etc
• Dentre os microrganismos empregados na
• produção de aminoácidos, têm sido mencionados 
como bons produtores a Escherichia coli e espécies 
dos gêneros Brevibacterium e Corynebacterium.
Produtos ligados à saúde
 Aminoácidos
• Ácido glutâmico: glutamato monossódico –
condimento e intensificador de sabor, produzido por 
Corynebacterium glutamicum.
• Ácido aspártico Aspartame
• Fenilalanina
• Lisina: aditivo alimentar produzido por 
Brevibacterium flavum.
In: www.unica.com.br
Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock
Produtos ligados à saúde
 Esteróides e outras biotransformações
o Hormônios animais. 
o Utilizados como fármacos:
• Corticosteróides: reduzem inflamações, artrites, etc.
• Estrógenos e androgênicos: usados na fertilidade humana e 
ganho de massa muscular.
• Cortisona e hidrocortisona: usados no controle de pruridos 
subcutâneos.
o Podem ser produzidos quimicamente, mas normalmente, pela 
dificuldade de síntese, tem pelo menos uma etapa microbiana 
= biotransformação.
o Produção anual supera 800 toneladas.
Aplicação na mineração e na indústria 
do petróleo - biomineração
Redução das reservas mundiais
Exploração de minérios de baixa qualidade
Poluição causada pelos métodos tradicionais de extração
• Uso de microrganismos mineradores – vários processos 
microbiológicos são utilizados para aumentar a recuperação 
de metais de minérios de baixa qualidade e melhorar a 
recuperação de óleo a partir de mananciais.
• Thiobacillus thioxidans e Thiobacillus ferroxidans
• ácidos oxidação do minério precipitação
A companhia Vale tem um projeto em biomineração
Biomineração
Biomineração
 Biomineração do cobre 
• Microrganismos mineradores consomem substâncias 
conhecidas como sulfetos, e os convertem em ácido 
sulfúrico, que acaba tornando solúveis os minérios de 
interesse econômico. 
• Microrganismos são recuperados posteriormente, na 
forma sólida, para remover poluentes tóxicos do 
ambiente (principalmente do solo e da água).
• Cerca de 20% do cobre produzido no mundo já é 
extraído por biomineração, e boa parte dele vem do 
Chile, onde o processo está mais desenvolvido.
Bactéria extremófila A. ferrooxidans em 
plena atividade de biomineração. 
[Imagem: Unesp Ciência]
Biomineração
 Resíduos e rejeitos 
• Espera-se que a biomineração aumente a eficiência do 
processo extrativo.
• Microrganismos podem ser usados em materiais com 
baixo teor do metal de interesse, quando o custo de 
empregar as tecnologias atuais não compensa. 
• Isso significa explorar depósitos que hoje são 
considerados economicamente inviáveis.
• Usar a mão de obra invisível também é conveniente 
quando o substrato é complexo, porque aglutina 
diferentes tipos de minerais, o que hoje representa um 
desafio para a mineração tradicional.
Biomineração
• As bactérias conseguem retirar metais de resíduos e 
dejetos da indústria mineradora, fazendo ao mesmo 
tempo a extração do material de interesse econômico e o 
tratamento dos efluentes.
• O grupo de pesquisa chefiado por Denise em Araraquara 
trabalha com a calcopirita (CuFeS2), o minério bruto de 
onde é extraído o cobre.
• Bactéria: Acidithiobacillus ferroxidans.
• In: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=
biomineracao-bacterias-fungos#.VV4zeJUtDIU
Biorremediação
 Tecnologia que utiliza agentes biológicos, 
particularmente microrganismos, para remover 
poluentes tóxicos do ambiente (principalmente do 
solo e da água).
 Poluentes são decompostos em substâncias atóxicas 
por meio do metabolismo microbiano.
 Tanto microrganismos do ambiente quanto culturas 
“feitas sob medida” (algumas com espécies 
geneticamente construídas) são utilizadas em 
biorremediação.
Biorremediação
Exemplo:
• Derramamento de óleodo navio Valdez, no Alasca
• Para a remoção do óleo bruto, foram aplicados 
fertilizantes de microrganismos a 79 milhas do 
litoral para promover o crescimento e a atividade 
metabólicas de bactérias degradadoras de 
hidrocarbonetos já presentes.
• Em outros casos, os microrganismos estão sendo 
geneticamente construídos para decompor 
poluentes tóxicos específicos.
Biorremediação
Biorremediação - técnica que consiste na aplicação de 
processos biodegradáveis no tratamento de resíduos 
para recuperar e regenerar ambientes (principalmente 
água e solo) que sofreram impactos negativos, mantendo 
o equilíbrio biológico em ecossistemas. 
Técnicas mais utilizadas da biorremediação aplicação 
de microrganismos selecionados bioaumentação,
que aceleram o processo de degradação da matéria 
orgânica, para incrementar a população microbiana no 
sistema de tratamento, recuperando e/ou aumentando a 
eficiência do processo biológico.
Biorremediação
Os microrganismos, agentes da biorremediação, 
estão presentes em todos os lugares e em 
populações variáveis. Porém a interferência 
humana no meio ambiente, particularmente a 
acumulação de grandes quantidades de resíduos 
orgânicos e de elementos tóxicos, afeta o 
equilíbrio ecológico de duas formas:
Biorremediação de Solos com Poluição Química
Bioaumentação em Processo de “Landfarming” de resíduos 
orgânicos
Biorremediação de Solos com Poluição Química
Simbioses Radiculares em Ambientes Contaminados
Microrganismos na Recuperação de Áreas 
Degradadas
Microrganismos no Controle Biológico -
Bioinseticidas
Bioinseticas – inseticidas químicos sintetizados pelos 
microrganismos ou são microrganismos que infectam e 
matam os insetos.
Várias bactérias, fungos e vírus causam doenças que 
erradicam populações de insetos.
Estes microrganismos – entomopatógenos - tem 
várias vantagens:
• são patogênicos para insetos e inofensivos às plantas e 
outros animais;
• o perigo em potencial de resíduos químicos no ambiente 
é eliminado;
• inseticidas microbianos continuam a ser melhorados 
pela engenharia genética.
Microrganismos no Controle Biológico
Trichoderma stromaticum
(controle Vassoura de Bruxa)
(Brasil)
Microrganismos no Controle Biológico
Fungos no Controle Biológico
• Fungos entomopatogênicos têm como hospedeiros 
primários os afídeos, moscas-brancas, gafanhotos, 
moscas, besouros, lagartas, tripes e ácaros.
• Têm a capacidade de infectar todos os estádios de 
desenvolvimento dos hospedeiros.
• Fungos invadem os insetos por diversas vias, mas 
principalmente através da cutícula ou pele (tegumento). 
• Multiplicam-se por todo o corpo do hospedeiro.
• Morte causada pela destruição dos tecidos e pelas 
toxinas produzidas pelos fungos.
Fungos no Controle Biológico
• Fungos entomopatogênicos emergem dos insetos 
mortos, produzem esporos que se espalham.
• No Brasil são conhecidas formulações de Metarhizium
anisopliae para controle de cigarrinhas das pastagens 
e cana-de-acúcar e Beauveria bassiana para manejo 
de broca do café, moleque da bananeira, ácaros etc.
• Fungos de ocorrência natural como Nomuraea rileyi, 
no controle da lagarta-da-soja, Anticarsia
gemmatalis.
• In: ainfo.cnptia.embrapa.br
Fungos no Controle Biológico
Beauveria bassiana
http://comercialagricolasantacruz.blogspot.co
m.br/2014/05/beauveria-bassiana.html
Cigarrinha-das-pastagens infectada pelo fungo 
Metarhizium anisopliae. Fonte: Itaforte Bioprodutos.
Metarhizium anisopliae
Bactérias no Controle Biológico
• Espécies de Bacillus são entomopatogênicos e letais
para determinados insetos-praga, principalmente
para as ordens Lepidoptera (borboletas e
mariposas), Diptera (moscas e mosquitos) e
Coleoptera (besouros).
• As espécies utilizadas no controle biológico são:
Bacillus thuringiensis e Bacillus sphaericus.
• São vários os programas de controle biológico no
Brasil que usam Bacillus para o controle de dípteros,
incluindo os mosquitos transmissores da dengue e
da febre amarela.
Bactérias no Controle Biológico
• B. thuringiensis (Bt) é uma bactéria gram-positiva, 
que pode ser caracterizada pela sua habilidade de 
formar cristais proteicos.
• Bt ocorre naturalmente em diversos habitats 
incluindo solo, filoplano, resíduos de grãos, poeira, 
água, matéria vegetal e insetos.
• O cristal proteico possui propriedades inseticidas 
específicas. 
• Este patógeno é ativo contra várias espécies de 
insetos e considerado seguro em relação aos 
mamíferos. 
• Outra vantagem é a especificidade em relação aos 
insetos-praga das diferentes culturas.
• In: ainfo.cnptia.embr
Bactérias no Controle Biológico
https://www.blendspace.com
Bacillus thuringiensis
http://www.betterbugs.com
Microrganismos no Controle Biológico
Nunes Pinto & Fiuza, 2008
Vírus no Controle Biológico
• Os baculovírus são o grupo mais comum e mais estudado 
dentre os grupos de vírus entomopatogênicos. 
• Isto deve-se ao fato de que são os vírus com o maior potencial 
a ser usado como agentes de controle biológico de pragas, 
sendo conhecidos mais de 20 grupos de vírus patogênicos a 
insetos.
• Programas de controle biológico no Brasil, usando vírus 
entomopatogênicos: controle da lagarta-da-soja, Anticarsia
gemmatalis; controle do mandarová da mandioca, Erinnyis
ello; controle da lagarta-do-álamo, Condylorrhiza vestigialis; 
e, no controle da lagarta-do-cartucho do milho, Spodoptera
frugiperda.
• In: ainfo.cnptia.embr
Vírus no Controle Biológico
Lagarta escura, doente, contaminada por virus; lagarta branca, 
não contaminada. David Nance/USDA Agricultural Research 
Service
Perspectivas para a biotecnologia
 Referência bibliográfica:
• PELCZAR JÚNIOR, M. J.; CHAN, E. C. S.; KRIEG, N. R. Microbiologia, 
conceitos e aplicações. São Paulo: Makron Books,1996. 2. ed. 517 p.