TEMAS PARA DOUTORADO – 1º SEMESTRE DE 2015
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica/Termodinâmica e Processos de Separação
PROFESSOR: Alberto Colli Badino Junior/André Bernardo
TÍTULO: Produção e recuperação de etanol: integração dos processos de fermentação extrativa com dióxido de carbono e recuperação em coluna de absorção
RESUMO:
O baixo teor de etanol alcançado no vinho é a principal limitação do processo de fermentação alcoólica nas destilarias. O etanol se acumula do caldo fermentativo e atinge níveis tóxicos, agindo como inibidor não competitivo do metabolismo. Uma das formas de contornar este problema é a aplicação da técnica de esgotamento com gases para a remoção do etanol durante a fermentação. Neste trabalho, a integração dos processos de fermentação extrativa com CO2 e recuperação em coluna de absorção é proposta como forma de reduzir a inibição do produto e aumentar a produtividade e produção globais de etanol no processo. Preliminarmente, os processos de esgotamento e recuperação de etanol serão estudados utilizando soluções hidroalcoólicas. Serão avaliados os efeitos da temperatura da solução (T), vazão específica de CO2 () e concentração inicial de etanol (CE0) no desempenho do processo de esgotamento. No processo de recuperação serão avaliadas Serão investigados os efeitos da vazão mássica de solução absorvente (LA), concentração de glicerol na solução (CG), temperatura da solução absorvente (TSA) e de diferentes tipos de recheio. Fermentações convencionais, extrativas não integradas e extrativas integradas serão realizadas em fermentador coluna de bolhas de 2 L nos modos de operação batelada, batelada alimentada e contínuo. Dados de consumo de substrato (CS), crescimento celular (CX) e produção de etanol (CE) serão estimados durante os cultivos
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica (AP-3) PROFESSOR : Claudio Alberto Torres Suazo
TÍTULO DO TEMA: Otimização de bioprocesso de produção de anticorpo monoclonal anti-GITR através de cultivo de hibridoma em biorreator
RESUMO:
O câncer é uma das doenças letais que mais afligem o ser humano na atualidade. As atuais terapias para tratamento desse mal apresentam índices de cura muito baixos. Na última década, estudos demonstraram que o sistema imune controla o desenvolvimento de câncer através de diferentes fatores que modulam a resposta imunológica no processo da neoplasia. Um dos fatores descobertos como sendo responsável pela modulação da resposta imune do organismo humano é o GITR (glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor), a biomolécula principal envolvida neste estudo. A ação do GITR pode ser controlada através do bloqueio com o anticorpo monoclonal anti-GITR que pode ser produzido através de Tecnologia de Cultivo de Celulas Animais pelo hibridoma conhecido como DTA-1. O objetivo deste trabalho é identificar condições ótimas de um processo de cultivo do DTA-1 em biorreator, assim como de um processo de separação e purificação de anti-GITR, visando a obtenção eficiente e econômica de quantidades em larga escala desse anticorpo monoclonal. Para tal fim, o anticorpo anti-GITR será produzido cultivando o hibridoma DTA-1 num biorreator de 500 mL do tipo “spinner” utilizando o meio de cultura basal RPMI 1640 com 7,5 % de soro fetal bovino em incubadora de CO2 a 37ºC. A modificação da composição do meio de cultura e a forma de operação do biorreator serão objeto de estudo visando a produção otimizada do anti-GITR. Também será estudado o processo de separação e purificação do anticorpo monoclonal para poder definir uma metodologia de alto rendimento e de baixo custo que possibilite a obtenção de anti-GITR. Como legado final deste estudo espera-se um processo tecnicamente viável de produção em larga escala de anti-GITR.
ÁREA DE PESQUISA: Catálise e Reatores Químicos PROFESSOR: Prof. Dilson Cardoso
TÍTULO: Estudo de zeólitas com propriedades básicas para aplicações catalíticas RESUMO:
Introdução:
As zeólitas são sólidos microporosos, e, tal como as argilas, são formadas por reações entre a sílica e alumina, mas com duas características importantes: (1) o diâmetro dos poros são exatamente iguais entre si e (2) as dimensões dos poros são menores que 2 nanômetros, ou seja, próximas ao diâmetro de muitas moléculas. Por esse motivo elas também são denominadas de peneiras moleculares.
Objetivos:
Assim, o objetivo deste trabalho é dar continuidade aos nossos trabalhos prévios nesse tema, usando catalisadores básicos, formado por peneiras moleculares.
Os catalisadores serão preparados através da troca iônica de zeólitas com cátions orgânicos, variando-se alguns parâmetros, como grau de troca, tipo de cátion ou razão Si/Al, sendo caracterizados quanto as suas propriedades físicas e químicas.
Como reação teste para avaliar suas propriedades catalíticas serão usadas reações conhecidas, como a condensação de Knoevenagel ou a transesterificação do acetato de etila com metanol, acompanhando-se os efeitos das variáveis estudadas na atividade, seletividade e estabilidade do catalisador.
PALAVRAS-CHAVE: catálise heterogênea,
catálise básica, condensação catalítica,
peneiras moleculares, transesterificação
ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise PROFESSOR: Ernesto A. Urquieta-González
TÍTULO: Desenvolvimento de Catalisadores para Aplicação em Processos de Refino de
Petróleo e Controle Ambiental
RESUMO:
O desenvolvimento de catalisadores altamente ativos e seletivos é estratégico no contexto da Indústria de Refino de Petróleo e se relaciona com a necessidade de menores custos de produção, qualidade dos produtos e atendimento às rigorosas exigências para a preservação do meio ambiente e sustentabilidade. Nesse contexto, as linhas relacionadas ao Grupo de Pesquisa sob minha responsabilidade são dirigidas ao estudo de:
- catalisadores ácidos baseados em peneiras moleculares microporosas (zeólitas) ou
hierarquicamente estruturadas para aplicação em processo de craqueamento de hidrocarbonetos.
- catalisadores à base óxidos de molibdênio ou tungstênio suportados e contendo óxidos
de Ni ou Co para aplicação no processo de hidrodessulfirização de hidrocarbonetos. Aditivos como P ou metais nobres (Pt) são também analisados.
- Catalisadores à base de óxidos de metais de transição e/ou metais nobres aplicados ao abatimento de óxidos de nitrogênio ou monóxido de carbono.
Nos estudos, se realiza o controle das propriedades físico-químicas dos catalisadores mais adequadas à aplicação nos processos mencionados, compreendendo o uso de difração de raios-X, ressonância magnética nuclear, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, análises termogravimétricas, redução com hidrogênio a temperatura programada, espectroscopia no infravermelho, entre outras. A avaliação dos catalisadores é realizada utilizando unidades de reação especialmente montadas no Laboratório de Reatores e Catálise do Departamento de Engenharia Química. No contexto acima, a pesquisa a definir como tese de doutorado envolverá a realização de estágio sanduíche em universidade no exterior.
PALAVRAS-CHAVE: catálise heterogênea, craqueamento, hidrodessulfurização, abatimento de NOx e CO
ÁREA DE PESQUISA: CONTROLE AMBIENTAL PROFESSOR: Edson Luiz Silva
TÍTULO: Efeito da concentração de substrato na produção de hidrogenio a partir de glicerina bruta em reator anaeróbio de leito fluidificado operado sob condições mesofílicas
RESUMO:
Atualmente a busca por fontes limpas de combustíveis de modo sustentável já é realidade. Devido ao elevado rendimento energético e por produzir apenas água na sua combustão, o hidrogênio, vem sendo considerado como possível substituto aos combustíveis fósseis. Diante das diversas formas de produção do hidrogênio, a via fermentativa acidogênica constitui-se em boa alternativa, pois além de não necessitar de energia luminosa também é capaz de realizar o tratamento biológico de efluentes líquidos junto à produção de H2.
A produção biológica de hidrogênio é realizada por reatores que possuem diversas configurações, nos estudos realizados foram utilizados: reator UASB, reator de leito fixo e reator de leito fluidificado (RALF). Dentre esses o RALF se destaca pela na sua grande concentração de biomassa e elevada transferência de massa. Uma diversidade de substratos pode ser utilizada na produção de hidrogênio por meio de processos fermentativos, entre eles destacam-se: glicose, sacarose, xilose, águas residuárias de soro de queijo, vinhaça e glicerol.
Conjunto a necessidade de se produzir uma nova fonte de energia, o glicerol bruto vem sendo uma alternativa na produção biológica de H2, já que esse resíduo representa 10% da produção de biodiesel. Dessa forma a produção biológica de hidrogênio a partir do glicerol bruto torna-se uma maneira sustentável e atrativa de produção energética. Este trabalho teve como principal objetivo, a determinação de um TDH tá ótimo para produção de H2 em RALF, bem como outros metabólitos, a partir de glicerol puro e glicerina bruta. A concentração de ambos os substratos será variada de 10 a 30 g.L-1 e a temperatura à 30 o C. A variação do TDH foi entre 14 e 1h para ambos os reatores.
ÁREA DE PESQUISA: CONTROLE AMBIENTAL PROFESSOR: Edson Luiz Silva
TÍTULO: Estudo comparativo entre a produção de hidrogênio e de metano a partir de soro de queijo usando reator de leito fluidificado em condições termofílicas
RESUMO:
O processo de digestão anaeróbia envolve dois grupos principais de consórcios de microrganismos: as bactérias acidogênicas, que decompõem os substratos principalmente em H2, ácido acético e CO2; e as arquéias metanogênicas, que convertem o ácido acético, H2 e CO2 em gás metano. Assim, em processos anaeróbios de fases separadas, estes grandes grupos de microrganismos podem ser separados de modo a permitir a extração de hidrogênio em um primeiro estágio e metano em um segundo estágio.
O aspecto atrativo da produção biológica de hidrogênio é a possibilidade de utilização de efluentes ricos em matéria orgânica como substrato para o processo, porém o principal problema relativo ao potencial poluidor dos efluentes não é resolvido no estágio de produção de hidrogênio, uma vez que a remoção de matéria orgânica é muito baixa durante o processo. Por outro lado, a geração de metano envolve necessariamente remoções significativas de matéria orgânica porque os ácidos e outros produtos remanescentes gerados durante a produção de hidrogênio constituem os principais substratos para a produção desse gás.
O anaeróbio de leito fluidificado (RALF) foi testado com sucesso para a produção biológica de hidrogênio, devido ao seu potencial para oferecer vantagens de acumulação de grande quantidade de biomassa sobre o meio suporte, possibilidade para altas taxas de carregamento orgânico, baixos TDHs e boas características de mistura (WU et al., 2003; ZHANG et al., 2007a).
Dessa forma, o objetivo inicial deste trabalho será avaliar a influência dos tempos de detenção hidráulica (variando de 16 a 4 h) para produção de hidrogênio utilizando soro de leite (DQO = 10.000 mg/L) como substrato em reatores anaeróbios de leito fluidificado em fase única. A produção de metano também será avaliada em RALF em fase única, analisando-se os tempos de detenção hidráulica (36 a 16 h). Posteriormente, será avaliado o sistema de 2 RALFs em série (reator acidogênico seguido de metanogênico), para as melhores condições obtidas para produção de H2 em RALF em fase única.
PALAVRAS-CHAVE: Biocombustíveis; biohidrogênio; biometano; RALF, soro de leite, sistema em 2 estágios.
ÁREA DE PESQUISA: CONTROLE AMBIENTAL PROFESSOR: José Antônio Silveira Gonçalves
TÍTULO DO TEMA: Avaliação da eficiência de diferentes meios filtrantes na remoção de nanopartículas
RESUMO:
Os seres humanos estão expostos cada dia mais a nanopartículas, até mesmo no ambiente de trabalho, isso se deve ao desenvolvimento urbano, industrial e à crescente utilização de veículos motorizados. Nanopartículas são partículas com uma ou mais dimensões na nanoescala. A remoção de partículas sólidas de efluentes gasosos tem-se tornado uma operação industrial indispensável. Dentre os vários equipamentos potencialmente capazes de operar eficientemente nessa remoção, destacam-se os filtros fibrosos. A filtração utilizando filtros fibrosos tem se mostrado útil na retenção de micropartículas expostas no ar. Como há poucas pesquisas sobre o comportamento desses filtros na remoção de nanopartículas, o objetivo desse estudo é avaliar a eficiência do filtro de fibra de celulose HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter), de Vidro, de Micro Quartzo e de Poliéster (180 e 300 g/m2) na remoção de nanopartículas pela técnica de mobilidade elétrica, utilizando diferentes áreas de filtração e variando a velocidade superficial. Através do sistema experimental, será possível simular uma contaminação das nanopartículas em uma corrente de ar ultrapuro através da solução de 5 g/L de cloreto de sódio, na qual será feito a contagem das partículas antes e após a passagem pelo meio filtrante. Durante a deposição das partículas nos filtros, a queda de pressão será monitorada por um manômetro digital em função do tempo. Com isso, será possível avaliar o meio filtrante mais eficiente na remoção de nanopartículas com a variação da área de filtração, da velocidade superficial e do tempo de filtração. Também objetiva-se neste estudo desenvolver um procedimento para caracterizar a distribuição de tamanhos das nanofibras nos filtros de ar, parâmetro importante para o desenvolvimento de novos filtros absolutos.
PALAVRAS-CHAVE: Filtração de gases; nanofibras; nanopartículas; caracterização, porosidade
ÁREA DE PESQUISA: Controle Ambiental / CFD PROFESSOR: José Antônio Silveira Gonçalves
TÍTULO: Simulação da dispersão de poluentes particulados na atmosfera terrestre
RESUMO:
Aerossóis atmosféricos impactam de forma decisiva no clima do nosso planeta. São formados de fontes naturais e antropogênicas, e circulam na atmosfera terrestre. Pode-se encontrar no Brasil, por exemplo, areia do deserto do Saara. A NASA vem estudando aerossóis atmosféricos desde de sua fundação; entretanto, no Brasil, são poucos grupos de pesquisa dedicados a esse tema.
O propósito dessa pesquisa é desenvolver modelos e simulações em computador de processos de formação, dispersão, deposição e suspensão de particulados na atmosfera. Este trabalho faz parte de um projeto conjunto do DEQ/UFSCar com o Instituto de Tecnologia de Karlshure (KIT) (em fase de elaboração), cujo objetivo é a modelagem da trajetória e dispersão de partículas em aerossóis. O doutorando deverá ter disponibilidade para passar pelo menos um ano em Karlshure, Alemanha, pois é possível que parte de seus trabalhos seja desenvolvida naquela Universidade. Conhecimento de Inglês é absolutamente imprescindível; conhecimento da língua Alemã é desejável mas não obrigatório.
PALAVRAS-CHAVE: Vias respiratórias humanas; Deposição de partículas; Fluidodinâmica Computacional (CFD)
ÁREA DE PESQUISA: Reatores e Catálise PROFESSOR: José Mansur Assaf
TÍTULO DO TEMA: Catalisadores heterogêneos para produção de biodiesel.
RESUMO:
O crescente interesse pela produção de combustíveis provenientes de matérias-primas renováveis tem incentivado estudos que propiciem a geração de uma tecnologia nacional neste campo. Entre este, pode-se destacar o biodiesel, que é produzido através da reação entre um óleo vegetal (ou uma gordura animal) com álcoois (como metanol ou etanol). No entanto, por si só, esta reação é muito lenta e precisa ser acelerada através da adição de catalisadores. Estes catalisadores podem ser ácidos ou básicos e o processo pode ser homogêneo (reagentes e catalisador na mesma fase, geralmente líquida) ou heterogêneo (reagentes e produtos na fase líquida e catalisador na fase sólida). Enquanto o processo homogêneo já é aplicado industrialmente, o heterogêneo, que pode apresentar várias vantagens (facilidade de manutenção dos equipamentos, reaproveitamento dos catalisadores, pureza dos produtos, operação contínua dos reatores), está em desenvolvimento nos laboratórios de indústrias e universidades.
Neste projeto, pretende-se desenvolver catalisadores sólidos para aplicação em processos heterogêneos de produção de biodiesel capazes de operar em condições brandas de temperatura e tempos curtos.
ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise PROFESSOR: José Maria Corrêa Bueno
TÍTULO: Desenvolvimento Estrutural de Catalisadores à Base de Óxidos Metálicos Suportados para a Desidrogenação Oxidativa do Propano
RESUMO: O presente projeto tem por objetivo desenvolvimento estrutural de catalisadores de óxidos metálicos suportados para a Desidrogenação Oxidativa do Propano utilizando diferentes oxidantes (em especial o CO2, além do O2 e H2O) na busca de maior seletividade e rendimento de propileno, bem como uma maior compreensão do funcionamento dos catalisadores.
Alcenos leves como o propileno são importantes blocos de construção em uma infinidade de aplicações (petro) químicas e as “tecnologias de produção de propileno”, como a desidrogenação do propano têm sido investigadas. A desidrogenação oxidativa (ODH) de propano por oxigênio molecular permite diminuir significativamente a temperatura da reação, contornando o indesejável craqueamento térmico para alcanos mais leves e inibir efetivamente a deposição de coque, mas conduz a perdas significativas de seletividade a propileno devido à profunda oxidação a óxidos de carbono e tem baixo rendimento em razão das características de inflamabilidade da composição de alimentação. Para contornar este problema, o dióxido de carbono (CO2) tem sido proposto como oxidante mais suave na ativação de alcanos leves, cujas espécies produzidas por esta dissociação pode modificar o estado de oxidação dos átomos da superfície dos catalisadores e podem participar diretamente na oxidação de hidrocarbonetos além de servir como um meio de fornecimento de calor para a reação, como um diluente para aumentar a conversão de equilíbrio e como um agente para a remoção do coque formado no catalisador. O entendimento dos mecanismos destas reações catalíticas e o processo de ativação da molécula oxidante (CO2) são peças-chave para o domínio desta tecnologia e o objetivo deste estudo.
A maioria dos catalisadores relatados para a ODH de parafinas leves é baseada em óxidos de vanádio suportado ou mássico, que são ativos em muitas reações de oxidação parcial embora a seletividade para o produto desejado seja muitas vezes reduzida. Nossos estudos prévios e dados da literatura mostram que a ativação da molécula de propano e da molécula do oxidante na superfície do catalisador, assim como o processo de reoxidação do mesmo são peças-chave no desempenho do catalisador e no entendimento desta reação e, portanto, no avanço desta tecnologia.
propriedades redox e ácido-base influenciam a seletividade diferentemente. Nanocompósitos de alguns óxidos duplos com características redox conduz à formação de centros ácidos mais fracos que aqueles existentes nos óxidos individuais. A presença de sítios redox e de acidez ao mesmo tempo, é necessária para a ativação de propano e a seletividade a propileno é fortemente dependente dos teores de cada óxido e da interação entre eles. Várias técnicas de caracterização são usadas na descrição destas características e considerando principalmente que os catalisadores são dinâmicos, ou seja, são dependentes da atmosfera e temperatura de reação, medidas in situ e operando podem nos fornecer informações importantes em condições reais de reação, tais como os tipos de ligação presentes, o estado de oxidação dos elementos, a simetria, cristalinidade e geometria locais.
Assim, o objetivo deste projeto é a preparação de catalisadores à base de óxidos metálicos suportados, modificando suas propriedades como capacidade de oxi-redução, labilidade de oxigênio e acidez/basicidade de sítios ativos a partir de diferentes preparações e diferentes suportes. O desempenho dos catalisadores suportados será avaliado na desidrogenação oxidativa do propano utilizando O2, H2O e CO2 como oxidantes, além de se conduzir experimentos de caracterizações in situ, a fim de se compreender o papel destas composições de catalisadores na ativação das moléculas reagentes e elucidar aspectos do mecanismo reacional.
PALAVRAS-CHAVE: Desidrogenação Oxidativa do Propano; Dióxido de Carbono; Catalisadores de Ni suportados; Caracterizações in situ e operando.
ÁREA DE PESQUISA: Sistemas Particulados PROFESSOR: Luís A. M. Ruotolo
TÍTULO: Degradação Fotoeletrocatalítica de Compostos Orgânicos Poluentes com Produção Simultânea de Hidrogênio Utilizando Nanotubos de TiO2
RESUMO:
A degradação de compostos orgânicos recalcitrantes ao tratamento biológico é um desafio que se coloca atualmente. Neste projeto será estudada a tecnologia fotoeletroquímica para a degradação de compostos orgânicos com a geração simultânea de hidrogênio, cuja produção como sub-produto do processo é interessante pois pode torná-lo economicamente mais atraente.
Neste projeto de doutorado propõe-se estudar a síntese e caracterização de nanotubos de titânio (NTi) para a obtenção de eletrodos para o processo fotoeletrocatalítico. Neste processo, a reação anódica será utilizada para a degradação de um composto orgânico poluente enquanto a reação catódica será utilizada para a produção de hidrogênio. Serão feitas tentativas de se dopar os NTi com nitrogênio com a finalidade de se obter atividade fotoeletrocatalítica na região de radiação visível, que corresponde à maior parte da radiação solar. Os NTi serão sintetizados eletroquimicamente sobre a superfície de uma placa de titânio e os eletrodos obtidos serão caracterizados por técnicas como difratometria de raios-X, espectrometria fotoelétrica de raios-raios-X, área superficial específica, microscopia eletrônica de varredura e refletância difusa.
A atividade fotoeletrocatalítica será avaliada através da irradiação do fotocatalisador com diferentes comprimentos de onda e aplicando-se a técnica de voltametria linear de varredura para medir a fotocorrente gerada. Adicionalmente, a atividade fotoeletrocatalítica será avaliada através da oxidação fotoeletrocatalítica de um composto-padrão (um corante ou então um composto orgânico de cadeia curta). Ao final destes experimentos pretende-se correlacionar as características estruturais e morfológicas dos materiais sintetizados com suas respectivas atividades fotocatalíticas.
Uma vez determinado o material com melhor atividade fotocatalítica este será utilizado em um reator fotoeletroquímico de fluxo com a finalidade de se avaliar o efeito do transporte de massa e corrente aplicada sobre a eficiência de oxidação de uma molécula orgânica modelo. A etapa final consistirá em se aplicar o reator, já nas condições otimizadas, para a degradação de um resíduo real.
PALAVRAS-CHAVE: tratamento de efluentes, fotoeletrocatálise, reatores fotocatalíticos, nanotubos de titânio
ÁREA DE PESQUISA: CONTROLE AMBIENTAL PROFESSOR: MÔNICA LOPES AGUIAR
TÍTULO DO TEMA: O efeito da carga eletrostática na formação e na remoção de tortas de filtração de gases em filtros de mangas.
RESUMO:
A filtração de gases é uma operação muito importante para o controle da qualidade do ar, porque evita que poluentes atinjam a atmosfera. Para melhorar essa operação faz-se necessário um estudo de parâmetros essenciais de projeto de filtro como a porosidade da torta de filtração de gases. Essa é uma propriedade estrutural muito importante, pois tanto a queda de pressão no filtro como a força necessária para remover a torta de pó dependem desta variável. A presença de cargas eletrostáticas em partículas no processo de filtração tem se mostrado um fator que contribui sensivelmente para o desempenho do meio filtrante, tanto no aumento da eficiência de coleta quanto na diminuição da perda de carga no filtro. Estudos apontam o carregamento das partículas induz a formação de tortas com menor resistência ao escoamento de gás e de mais fácil remoção, no entanto, essa relação ainda não foi quantificada para filtros fibrosos, os mais utilizados na indústria. O presente trabalho propõe avaliar o efeito do carregamento das partículas na formação de torta de filtração de gases por meio da análise da porosidade e da distribuição das partículas na torta e no filtro. Para isso, a porosidade será determinada pelo Método Indireto, proposto por Coury em 1983, que utiliza equações clássicas de escoamento que possibilitam determinar a porosidade em função da perda de carga e do tempo; e pelo Método Direto, proposto por Aguiar e Coury em 1995, que analisa imagens transversais da torta obtidas no MEV. Dessa maneira, espera-se realizar uma comparação entre as tortas de filtração formadas, com e sem o carregamento eletrostático, o que permitirá compreender como a porosidade da torta de filtração altera com a presença de cargas eletrostáticas de modo a fornecer uma menor densidade de empacotamento das partículas.
PALAVRAS-CHAVE: Filtração de gases; Carga eletrostática; Porosidade, Tortas de filtração de gases.
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica
PROFESSOR: Teresa Cristina Zangirolami (orientadora) Co-orientador: Adilson José da Silva
TÍTULO DO TEMA: Produção de metionina em E. coli: caracterização de linhagens adaptadas/recombinantes por Biologia de Sistemas
RESUMO
Produtos de valor agregado tais como os aminoácidos têm ganhado popularidade nos mercados mundiais sob a forma de aditivos ou suplementos nutricionais. A metionina é um desses aminoácidos, devido à sua importância na suplementação de rações de aves. Atualmente, a produção de metionina é feita por via química. Contudo, este processo requer vários passos de separação e purificação devido ao uso de materiais intermediários tóxicos. A presente proposta se insere em projeto de pesquisa desenvolvido em parceria com o Dpto. de Engenharia Biológica da Universidade do Minho (Portugal), no qual a metionina é sintetizada em E. coli modificada geneticamente a partir do glicerol não refinado gerado como subproduto da produção de biodiesel. Inicialmente, técnicas de evolução adaptativa serão empregadas para a obtenção de mutantes capazes de crescer no glicerol não refinado. Em paralelo, baseado nos resultados das otimizações in silico, recursos de biologia molecular serão utilizados para gerar uma cepa sobre-produtora de metionina. A cepa construída será caracterizada em cultivos em biorreator, permitindo a determinação de rendimento e produtividade no produto de interesse. Tendo como objetivo geral o desenvolvimento de uma fábrica celular baseada em E. coli para a produção de L-metionina, os seguintes objetivos específicos são destacados para a presente proposta: i) aplicar estratégias de evolução adaptativa para promover a adaptação da E. coli aos resíduos glicerol não refinado; ii) obter dados adequados para os cálculos de fluxômica e metabolômica, que serão usados para a caracterização das linhagens mutantes assim como para o aprimoramento e a validação do modelo. O desenvolvimento da presente proposta envolverá inicialmente a realização de cultivos contínuos em mini-biorreatores para caracterização da linhagem adaptada ao glicerol não refinado em termos de produção de exo-metabólitos e metabólitos intracelulares (por meio de emprego de glicerol marcado como substrato). Após a construção da linhagem geneticamente modificada para a produção de metionina pelo Grupo de Biologia Molecular, serão realizados novos experimentos de evolução adaptativa e de caracterização da nova linhagem. Durante os cultivos, amostras serão coletadas para a determinação da concentração de biomassa (por densidade ótica e massa seca), de glicerol, de ácidos orgânicos e do nível de expressão de metionina (por cromatografia líquida de alta performance). Para os cálculos de fluxômica, a biomassa gerada nos cultivos com glicerol marcado será analisada por Espectrometria de Massa (serviço a ser contratado). A composição da fase gasosa será avaliada por analisador de gases. A presente proposta se insere em projeto de pesquisa em avaliação pela FAPESP, com perspectiva de bolsa de Doutorado da FAPESP para alunos com excelente desempenho acadêmico.
