Estimativa de parâmetros cinéticos em tempo real para cultivos em alta densidade celular de E. coli recombinante expressando proteína de superfície de pneumococo A

• Processo: 10/07916-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2010
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2010
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Roberto de Campos Giordano
• Beneficiário: Marina de Carvalho Gonzaga
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 08/05207-4 - Vacina conjugada anti-pneumocócica: estudos sobre a viabilidade de uma vacina polissacarídeo capsular - PSPA, AP.TEM
• Assunto(s): Proteína A de superfície pneumocócica (PspA) Processos bioquímicos Processos industriais Identificação de sistemas Contagem de células Reatores biológicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: alta densidade celular | coli recombinante | Cultivo de E | Estimativa paramétrica em tempo real | Identificação de sistemas | Streptococcus pneummoniae | Processos bioquímicos

Resumo

Este projeto se insere na linha de pesquisa 3 do projeto temático: "Vacina conjugada anti-pneumocócica: Estudos sobre a viabilidade de uma vacina Polissacarídeo - Proteína de superfície de pneumococo A" (vide o sumário do projeto transcrito anteriormente). Esse temático é coordenado pela Dra. Martha Tanizaki, do Centro de Biotecnologia do Instituto Butantan. O Me. Antonio Carlos Luperni Horta, co-orientador desta Iniciação Científica, integra a equipe do projeto, sendo aluno de doutorado do PPG-EQ/UFSCar, sob orientação da Profa. Teresa C. Zangirolami e do Prof. Roberto C. Giordano (que fazem parte da equipe de pesquisadores do temático). O projeto visa ao desenvolvimento de uma nova vacina conjugada utilizando como carreadoras proteínas do próprio pneumococo, buscando simplificar o processo de fabricação e reduzir os custos da vacina. A bactéria E. coli é o microrganismo mais utilizado para expressão de proteínas recombinantes, especialmente para propósitos terapêuticos. Para se alcançar grandes concentrações de produto, são realizados cultivos de alta densidade celular, sendo que, para isso, um dos fatores a serem levados em conta é o valor de parâmetros cinéticos como velocidade específica de crescimento e rendimento em célula. Os parâmetros cinéticos são utilizados para a otimização do cultivo, em geral realizado de forma semi-contínua, em bateladas alimentadas. Os valores desses parâmetros são essenciais quando se pretende utilizar algoritmos de otimização dinâmica em malha fechada em cultivos de alta densidade celular, tendo a vazão de alimentação como variável de controle. Frequentemente, esses parâmetros são estimados off-line, e seus valores são assumidos como constantes ao longo do cultivo. Porém, sabe-se que o estado metabólico do microrganismo sofre grandes alterações durante a trajetória do biorreator. Caso seja possível empregar a mesma forma funcional para o modelo cinético de crescimento e produção durante as diferentes fases do cultivo, ainda assim haverá grandes alterações nos parâmetros do modelo. Portanto, a disponibilidade de algoritmos de identificação rodando em tempo real, reestimando esses parâmetros a partir de medidas on line, é ponto crucial para a otimização do cultivo. Existem diferentes algoritmos de busca global e local para esta estimativa paramétrica, como o de Levenberg-Marquadt (LM), Simulated Annealing (SA), Enxame de Partículas (PSO) e Evolução Diferencial (DE), já estudados pela aluna em uma IC anterior (proc. FAPESP 2008/09912-4). Durante essa iniciação a aluna acoplou, aos programas de estimação, análise estatística dos parâmetros ajustados, com cálculo e representação gráfica de suas regiões de confiança, tanto linear quanto não-linear. Este projeto se propõe, portanto, a readaptar os diferentes algoritmos de busca para o caso do cultivo de E. coli, porém agora com a estimativa on line dos parâmetros, utilizando dados de cultivos reais em bioreator automatizado, e avaliando como essa estimativa dinâmica pode melhorar a produtividade em proteína recombinante ao longo de um cultivo. Para isso, os algoritmos em Matlab 6.5, depois de adaptados para o modelo específico, deverão ser acoplados ao software, desenvolvido em Labview 8.0, já utilizado no Laboratório para Desenvolvimento e Automação de Bioprocessos, LaDABio, grupo de pesquisa coordenado pelo orientador da aluna de iniciação científica. Os programas serão testados ao longo de ensaios em biorreator, com o objetivo de validar o método a ser desenvolvido. Conta-se, para isso, com o apoio do grupo LaDABio, já com ampla experiência de cultivos do microrganismo utilizado aqui como estudo de caso para os algoritmos de inferência. (AU)