Dynamic optimization of a semi-continuous process for production of recombinant penicillin G acylase

• Grant number: 08/02207-3
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Master
• Start date: August 01, 2008
• End date: March 31, 2010
• Field of knowledge: Engineering - Chemical Engineering - Chemical Process Industries
• Principal Investigator: Roberto de Campos Giordano
• Grantee: Inti Doraci Cavalcanti Montaño
• Host Institution: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brazil

Abstract

Este projeto de mestrado se propõe a estudar a otimização dinâmica de biorreator automatizado, tipo tanque agitado e aerado, em escala de bancada (até 4 L), onde se processa o cultivo semi-contínuo de microrganismo recombinante, expressando a enzima penicilina G acilase (PGA) de Bacillus megaterium. Serão realizados inicialmente ensaios em shaker e em biorreator de 2L operando em regime de batelada para definição de modelo cinético de crescimento e produção. Esse modelo será posteriormente utilizado para proposição de perfis de alimentação de meio suplementar, com base na teoria de controle ótimo. Essas estratégias serão finalmente validadas em cultivos independentes: bateladas alimentadas monitoradas e controladas em tempo real. Esta proposta não se propõe a esgotar, dentro do escopo de um mestrado, esse extenso tema de estudo. É provável que discrepâncias modelo-experimento, freqüentes nesse tipo de bioprocesso, tornem necessário lançar mão de algoritmos de otimização dinâmica em malha fechada, possivelmente empregando enfoque híbrido (utilizando, por exemplo, redes neurais ou neuro-fuzzy como parte do modelo). Entretanto, é interessante que a pesquisa tenha início empregando técnicas clássicas em malha aberta, inclusive para testar sua capacidade de generalização. O grupo de pesquisa do orientador deste mestrado, Prof. Roberto de Campos Giordano (Laboratório de Desenvolvimento e Automação de Bioprocessos, LaDABio - www.ladabio.deq.ufscar.br) vem há anos desenvolvendo e aplicando técnicas voltadas à automação de biorreatores, linha de pesquisa interdisciplinar que conta com a estreita colaboração do Laboratório de Engenharia dos Processos Enzimáticos (LabEnz, www.labenz.deq.ufscar.br), de Bioquímica e Biologia Molecular dos Departamentos de Ciências Fisiológicas e de Genética e Evolução, e de Inteligência Artificial e Automação do Departamento de Computação, todos da UFSCar. Este mestrado dá continuidade a essas atividades, enfocando uma enzima de interesse para a indústria farmacêutica, a PGA.Penicilinas acilases são enzimas de grande importância para a indústria farmacêutica, sendo utilizadas principalmente para produção de ácido 6-aminopenicilânico, 6-APA, a partir de penicilina G. Em fins da década de 90, seu uso para síntese de antibióticos b-lactâmicos semi-sintéticos teve início em nível industrial, em uma alternativa, no âmbito da "química verde" aos processos químicos de síntese, de alto impacto ambiental.Este investigação contará com a estreita colaboração da Dra. Mônica Iemma, especialista em biologia molecular do grupo da Profa. Giordano (LabEnz), que está atualmente clonando o gene pac de Bacillus megaterium em Pichia pastoris e no próprio B. megaterium. Ambos os microrganismos poderão ser utilizados nos ensaios preliminares desta proposta de mestrado, embora seja provável que, até julho de 2008, um dos sistemas já esteja escolhido para escalonamento em biorreator de bancada, automatizado. A mestranda Ana Maria Escallón Vélez, orientada pela Profa. Raquel Giordano, também integra esta equipe de pesquisa.