Otimização dinâmica de processo semi-contínuo para produção de penicilina G acilase recombinante

• Processo: 08/02207-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2008
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2010
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Roberto de Campos Giordano
• Beneficiário: Inti Doraci Cavalcanti Montaño
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Processos bioquímicos Penicilina G acilase Controle ótimo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Controle ótimo | Enzima recombinante | Otimização de biorreator | penicilina G acilase | Processos bioquímicos

Resumo

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.