BIOTECNOLOGIA INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE. Dra. Maria Antonia Malajovich. Instituto de Tecnologia ORT do Rio de Janeiro

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Dra. Maria Antonia Malajovich

Instituto de Tecnologia ORT do Rio de Janeiro www.ort.org.br

BIOTECNOLOGIA

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE

1 M. A. MALAJOVICH www.bteduc.bio.br

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O QUE É BIOTECNOLOGIA?

Conjunto de conhecimentos que permite

utilizar seres vivos, células ou moléculas

para produzir bens e assegurar serviços.

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AS BIOTECNOLOGIAS NA ESCALA DO TEMPO

Antiguidade Pão, queijo, cerveja, vinho

Século XIX Microbiologia, Bioquímica, Imunologia, Genética, Biologia celular

1907-1909 Cultivo in vitro de tecidos animais e humanos 1914-1918 Produção de acetona por fermentação

1919 Éreky define a biotecnologia

1939 Cultivo in vitro de tecidos vegetais

1944 Produção da penicilina. Biologia Molecular 1953 Modelo da dupla hélice do DNA

1973 Tecnologia do DNA-recombinante 1975 Tecnologia de hibridomas

1975-1990 Tecnologia do DNA, bases comerciais e primeiras patentes 1990-2000 Bens e serviços em vários setores produtivos

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DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

Capacidade de atender às necessidades do presente

sem comprometer a capacidade das gerações

futuras em atender suas próprias necessidades.

Informe Brütland, 1987.

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A CONTRIBUIÇÃO DA BIOTECNOLOGIA

ECONOMIA

Diminuição dos custos da matéria-prima e da produção industrial.

SOCIEDADE

Conservação ou criação de empregos em novas plataformas tecnológicas.

AMBIENTE

Prevenção, remediação e monitoramento da contaminação

.

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AS TECNOLOGIAS LIMPAS

Substituição de produtos e processos industriais por outros, menos agressivos ao meio ambiente.

 Tratamentos químicos x tratamentos enzimáticos  Combustíveis fosseis x biocombustíveis

 Plásticos x bioplásticos

 Fertilizantes químicos x fertilizantes biológicos  Agrotóxicos x biopesticidas

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O USO DE ENZIMAS NA INDÚSTRIA



VANTAGENS

Especificidade, operação em condições controláveis. e menor carga poluidora dos efluentes industriais.



ALGUMAS APLICAÇÕES

 Alimentos (pectinases).

 Detergentes (lava-roupas biológicos).  Papel e celulose (pasta Kraft).

 Têxtil (acabamento das roupas).

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Alguns exemplos

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OS BIOCOMBUSTÍVEIS



INÍCIO DO SÉCULO XX

Etanol de milho (Henry Ford, motor de ignição por

centelha) e óleo de amendoim (Rudolf Diesel, motor de ignição por compressão).



DÉCADA DE 1920

Gasolina e óleo diesel.



CRISE DO PETRÓLEO (1970)

Fontes alternativas: etanol e biodiesel.

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ETANOL



PRINCIPAIS PRODUTORES

 Brasil, Estados Unidos, Canadá, China, União Europeia

(França, Alemanha), Índia.



BRASIL

 36 bilhões de litros de etanol em 2012.

 400 indústrias.

 Mais de 3.000.000 de carros movidos a álcool hidratado.  Gasolina aditivada com 20 a 24% de álcool anidro.

 Tecnologia flexfuel.

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ETANOL

Até que ponto o etanol

será capaz de substituir

a gasolina?

A resposta dependerá:



do preço do petróleo,



da tecnologia disponível,



e do processo produtivo.

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ETANOL: A TECNOLOGIA

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ETANOL: PONTOS A CONSIDERAR

(-) Desmatamento e perda de biodiversidade

devido à expansão de um produto agroindustrial. (+/-) Fim das queimadas e mecanização (até 2014). (+) Integração do processo produtivo (aglomerado,

ração animal, adubo, celulose, bagaço e geração de energia).

(+) Aproveitamento dos restos lignocelulósicos. (Usina piloto em 2012)

(+) Melhoramento da cana via genômica. (+) Melhoramento das leveduras.

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BIODIESEL



TRANSESTERIFICAÇÃO



PRINCIPAIS PRODUTORES

União Europeia (60%), Estados Unidos, China, Indonésia e Malásia.



BRASIL

Diesel aditivado de 5% de biodiesel (até 20 % em 2020).

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BIODIESEL: PONTOS A CONSIDERAR

(?) A escolha da matéria-prima: soja, dendê, canola, girassol, mamona?

Estudo de caso: a mamona.

(+) Estímulo ao pequeno agricultor. (+) Carbono neutro (fonte renovável).

(--) Carbono negativo (sistema produtivo envolve adubação, irrigação, maquinaria, armazenamento, transporte)

(+) Outras perspectivas:

Com a liberação comercial no Brasil de uma levedura transgênica que sintetiza farneseno, um precursor do biodiesel, a partir de cana de açúcar, se espera que em 2011 sejam fabricadas 2 milhões de toneladas do produto.

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O BIOGÁS ( H

₂

O, CH

₄

e CO

₂

)

Formação: a partir de resíduos rurais, agroindustriais, domésticos ou comunitários etc.

Aterros sanitários ou biodigestores (anaerobiose).

Aproveitamento do biogás:Dinamarca, Estados Unidos, Alemanha, França, Japão, Suécia, Índia, China, Cuba.

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BIOPOLÍMEROS E BIOPLÁSTICOS



Síntese biológica

Celulose, amido e óleos vegetais.



Polimerização de uma molécula básica,

proveniente de uma fonte renovável

Polilactato PLA.



Polímeros de origem bacteriana

Polihidroxialcanoatos PHA's e polihidroxibutiratos PHB's).

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PLA (Natureworks, Ingeo) PHBs / Biopol Bioplástico Polietileno verde Sorona

Bioplásticos

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FERTILIZANTES BIOLÓGICOS

M. A. MALAJOVICH www.bteduc.bio.br 20 TURFAL

No laboratório de ensino

Empresas no Brasil: Bio Agro, Bio Soja, Microquímica, Nitral Urbana, Stoller, Total Biotecnologia, Rizobacter etc.

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O DIAGNÓSTICO DE CONTAMINAÇÃO



INDICADORES BIOLÓGICOS



TÉCNICAS IMUNOLÓGICAS



TÉCNICAS GENÉTICAS



BIOSENSSORES

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REMEDIAÇÃO



REDUÇÃO DOS RESÍDUOS

 Lixo orgânico.

 Águas residuais.

 Efluentes industriais.



RECUPERAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS

 Petróleo.

 Metais.



TRATAMENTO DA CONT. AMBIENTAL

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AS SUBSTÂNCIAS PERIGOSAS

CATEGORIA EXEMPLO

Inorgânicos Metais (cádmio, mercúrio, prata, cobalto, chumbo, cobre, cromo, ferro), isótopos radiativos, nitratos, nitritos, fosfatos, cianetos, asbestos.

Orgânicos Efluentes e resíduos sólidos de origem doméstica, agrícola e industrial.

Resíduos petroquímicos Petróleo, gasóleo, compostos aromáticos (benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno).

Produtos sintéticos Pesticidas organoalogenados como os bifeniles policlorados (PCBs) ou os hidrocarbonetos poliaromáticos (PHAs); tricloetileno (TCE).

Gasosos Dióxido de enxofre (SO₂), dióxido de carbono (CO₂), óxidos nitrosos (NO_x), metano (CH₄).

Compostos voláteis Clorofluorocarbonetos (CFCs), compostos orgânicos voláteis (VOCs).

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BIORREMEDIAÇÃO



Tratamento

in situ

 Colocar microrganismos especializados no solo (Caso das bactérias ice minus, 1987).

 Acrescentar nutrientes para estimular a ação dos microrganismos presentes no sítio contaminado.



Tratamento

ex situ

 O solo escavado é transferido a um biodigestor.

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OS PONTOS A CONSIDERAR

(?) Para que a biorremediação seja eficiente é necessário que

 o poluente seja transformado metabolicamente por algum microrganismo,

 os produtos finais sejam seguros,

 as condições ambientais favoreçam a atividade microbiana,  o processo apresente uma relação custo/beneficio

interessante.

(+) Problemas pontuais, tratamento particular.

(+) Não há um produto a patentear, mas um serviço a prestar. A tecnologia está em mãos de organizações governamentais ou de pequenas firmas que agem localmente.

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TRATAMENTO DA CONT. AMBIENTAL

TRICLOROETILENO

 Descontaminação do Rio Savannah (Estados Unidos) de tricloroetileno (TCE), um desengordurante na fabricação de componentes de armas.

 Propriedade microbiana: metabolismo gratuito.

 Bombeamento cíclico de metano reduziu a contaminação a um nível aceitável.

 Tecnologia viável do ponto de vista comercial

.

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TRATAMENTO DA CONT. AMBIENTAL

PETRÓLEO

 Acidentes notórios

Navios:

Prestige, Exxon Valdez, Torrey Canyon,

Amoco Cádiz e Braer and Sea Empress etc. Plataformas:

British Petroleum no Golfo de México.

 Situações bélicas (Guerra do Golfo)

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TRATAMENTO DA CONT. AMBIENTAL

PETRÓLEO – BIORREMEDIAÇÃO



Chakrabarty, 1971.



Pouco sucesso dos OGMs no desastre do Exxon

Valdez, Alaska, em 1989.



Pesquisas atuais.

Alcanivorax borkumensis, uma bactéria capaz de metabolizar

70% dos compostos do petróleo, especialmente os de baixo peso molecular.

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MUITO OBRIGADA

Dra. Maria Antonia Malajovich

Biotecnologia: ensino e divulgação www.bteduc.bio.br

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WORLD ORT

Organização filantrópica judaica com sede em Londres. Mantém uma rede de escolas em 50 países, atendendo a mais de 300.000 alunos por ano.

INSTITUTO DE TECNOLOGIA ORT

• Sede no Rio de Janeiro (www.ort.org.br)

• Núcleo Experimental de Educação Ambiental (NEDEA, Petrópolis) • Ensino Médio Técnico

Biotecnologia, Comunicação Social, Informática, Eletrônica

• Ensino Fundamental: Sexto ao Nono Ano

• Cursos de Ciência &Tecnologia para alunos da rede pública e para Professores

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NEDEA - ORT

Núcleo Experimental de Estudos Ambientais