Leveduras floculantes

As leveduras são micro-organismos eucarióticos e formam uma das classes mais importantes dos fungos. As células Saccharomycescerevisiae apresentam-se normalmente na forma unicelular, tipicamente esférico ou oval, não filamentoso, com 2 a 8 micrômetros de diâmetro. Estas células se reproduzem basicamente por brotamento, onde a célula mãe dá origem a uma nova célula (STECKELBERG, 2001; MISSAWA, 2009). Estes micro- organismos anaeróbios facultativos adaptam-se em condições tanto de aerobiose como de anaerobiose. Tanto na presença de oxigênio livre como na sua escassez, uma série de reações ordenadas ocorrem no interior das leveduras, reações estas catalisadas por enzimas da própria célula e que têm como meta a obtenção de energia química através da degradação de açúcares. Industrialmente, condições são criadas para que as leveduras possam se desenvolver e, paralelamente, produzir etanol em quantidade economicamente viável.

Entre muitos micro-organismos que tem sido explorados para produção de etanol, Saccharomycescerevisiae ainda permanece como a melhor espécie em muitos aspectos. Zymomonasmobilis também tem sido intensamente estudada nas últimas três décadas (BAI, ANDERSON e MOO-YOUNG, 2008). O grande sucesso da S. cerevisiae na indústria de biotecnologia é devido à alta capacidade de produzir etanol e dióxido de carbono a partir de açucares. Possui importantes características, como tolerância a baixos valores de pH e alta concentração de açúcar e etanol, propriedades como alta competitividade perante contaminação (bacteriana ou por outras leveduras) na fermentação industrial e alta resistência a inibidores presentes na biomassa hidrolisada, além da capacidade de crescer anaerobicamente (MISSAWA, 2009).

A floculação pode ser definida como a capacidade de certas linhagens de se agregarem espontaneamente e não sexualmente em massas multicelulares, como consequência essa massa pode ser facilmente separada como visto na Figura 2.4 (DOMINGUES, 2001). Na natureza, este tipo de célula de levedura é tecnicamente uma autoimobilização, o que parece ser superior às tecnologias de imobilização a suportes, pois não existe a necessidade do uso desses suportes que possuem particularidades de retenção das células em seu interior, podendo ter um tempo de retenção menor que o esperado. Além disso,

é fácil a manutenção da concentração de biomassa dentro das dornas (BAI et al., 2008). E a principal vantagem das células floculantes é a capacidade de serem recuperadas pela sedimentação no lugar da centrifugação, muito empregada para as células livres, poupando capital de investimento para as centrifugas, bem como o consumo de energia para a centrifugação (BAI et al., 2008).

Quanto ao mecanismo físico através do qual ocorre a floculação, ele ainda não é totalmente reconhecido, mas existem algumas teorias que tentam explicar o fenômeno. Na teoria “lectin-liketheoryoffloculation”, por exemplo, sugere-se que as proteínas de superfícies das leveduras floculantes funcionem como lectinas e se liguem a carboidratos na parede celular das células vizinhas (mananas), enquanto as leveduras normais possuem apenas carboidratos em sua parede celular (MIKI et al., 1982).

Figura 2.4 - Células floculantes de Saccharomycescerevisiae observadas em microscopia eletrônica de varrimento (barra corresponde a 10 µm).Fonte: (DOMINGUES, 2001).

Além do mecanismo físico capaz de ligar as células, as leveduras são influenciadas pela sua genética e fatores externos, como a presença de cálcio, etanol, nutrientes, pH e temperatura (DOMINGUES 2001; VERSTREPEN et al., 2003). Os íons cálcio permitem a lectina atingir sua forma ativa, conforme Figura 2.5.

Figura 2.5 - Mecanismo da teoria da lectina na floculação da levedura Saccharomycescerevisiae. (a)íons de cálciopermitem que aslectinasalcancemsua

conformaçãoativa e(b)as lectinasativam a floculação. Fonte: Soares (2010).

Assim como outras proteínas, as floculinas são codificadas por genes específicos denominados FLO (CUNHA, 2004). A lectina de floculação pode corresponder aos produtos dos genes de floculação dominantes, tais como FLO1 e genes relacionados, que já há algum tempo se sabe que estão relacionados ao processo de floculação (DOMINGUES, 2001). A FLO1 é uma proteína estrutural localizada na superfície da célula de levedura, diretamente envolvida no processo de floculação (BIDARD et al., 1995; BONY et al., 1997). A sequência de aminoácidos deduzida do gene FLO1 revelou uma proteína rica em serina e treonina, sugerindo que a proteína FLO1 é uma proteína integral da membrana e um componente da parede celular (WATARI et al., 1994).

Sob outro aspecto, no estudo de Stratford (1989) verificou-seque a agitação mecânica é requerida para superar a repulsão eletrostática entre as células. A mudança de pH, segundo Calleja (1987), acarreta um efeito profundo na floculação, sendo o pH ótimo dependente de cada cepa.

Quanto à floculação, ela requer a presença de proteínas e receptores de íons na superfície celular, sendo a floculação uma propriedade intrínseca da parede celular. No entanto, não se sabe como fatores regulatórios agem nos genes envolvidos na produção de

proteínas e como estas se tornam receptoras, sendo a regulação da floculação um desafio até o momento (STAN e DESPA, 2000).

Ainda no que se refere à floculação, a presença de íons no meio fermentativo é uma das características importantes do processo de floculação de Saccharomyces que já foram identificadas, pois íons Ca2+ são necessários para induzir o processo; íons Na+ e alguns tipos de açúcares têm um efeito inibitório na floculação. A floculação é afetada pelas condições do meio de cultivo e está fortemente relacionada com o aumento da hidrofobicidade da parede celular. A floculação de leveduras consiste em uma interação entre as paredes celulares nas quais as interações em que íons Ca2+ atuam como cofatores ativando o processo (TEIXEIRA et al., 1995).

Nesse sentido, o trabalho de Machado et al. (2008) utilizou a capacidade de leveduras cervejeiras de Saccharomycescerevisiae de flocular na presença de íons para utilizá- las na biorremediação de efluentes como um sistema de separação barato, natural e eficiente. Os autores utilizaram um efluente carregado de metal o qual passava através de uma série de lotes sequenciais, foi possível alcançar depois do segundo lote, níveis de concentração de Ni2+, um dos íons que necessitava que sua concentração fosse diminuída, abaixo do limite legal de descarga de águas residuais no sistema fluvial.