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Como se fosse cerveja! Fermentação de micróbios acelera produção de remédio

Markus Distelrath/ Pixabay
Imagem: Markus Distelrath/ Pixabay
Daniel Schultz, Monica Matsumoto e Shridhar Jayanthi

sobre os colunistas

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É formada em engenharia pelo ITA, doutora em ciências pela USP e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi

Shridhar Jayanthi é agente de patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO). Tem doutorado em engenharia elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de engenheiro de computação pelo ITA. Atualmente, trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

29/09/2020 04h00

Entre as várias fragilidades do nosso sistema mundial de saúde expostas pela pandemia de covid-19, uma as mais preocupantes é a inércia em adaptar a produção e distribuição de remédios no caso de um aumento repentino na demanda.

Já em abril, por exemplo, hospitais começaram a sentir a falta dos medicamentos paralíticos usados para entubar pacientes com dificuldades respiratórias ou até mesmo as soluções usadas na diálise.

Governos em todas as esferas iniciaram uma intensa disputa para tentar garantir os recursos necessários para suas respectivas regiões, mas esbarraram num sistema onde a produção de medicamentos é descentralizada ao redor do mundo, e muitas vezes depende de ingredientes ativos extraídos de plantas que demoram anos para serem cultivadas. Pode ser o impulso que faltava para uma verdadeira revolução na maneira de se produzir remédios.

Na última década, a biologia sintética vem desenvolvendo técnicas para a manipulação do genoma de micróbios com o fim de usá-los para produzir novas moléculas. Num futuro próximo, a produção de medicamentos pela fermentação de micróbios geneticamente modificados poderá ser tão "simples" quanto fermentar a boa e velha cerveja.

Entre o clima mais nacionalista de hoje em dia e o perigo de novas pandemias, vários países têm procurado reduzir sua dependência na produção de medicamentos por redes de fornecimento internacionais que são ineficientes, imprevisíveis, frágeis e caras.

Há quem sugira, talvez com um pouco de exagero, que devemos encarar a produção de medicamentos num nível de importância estratégica equivalente ao de armas.

Os Estados Unidos, por exemplo, importam materiais para 80% de suas drogas; 40% das drogas dependem do cultivo de plantas, a maioria em outros países. Essa cadeia de fornecimento é sujeita a incertezas como conflitos e desastres climáticos e não consegue responder a um aumento repentino na demanda. É necessário, portanto, produzir medicamentos mais rápido e domesticamente.

Novos medicamentos geralmente são encontrados na natureza, ou pelo menos derivados de produtos naturais.

A química das nossas células é muito semelhante à de outros seres vivos, e bilhões de anos de evolução produziram muito mais compostos bioativos na natureza do que é possível inventar com nossos modernos laboratórios (aliás, daí a importância da biodiversidade da Amazônia).

Em muitos casos conseguimos desenvolver processos industriais para a produção desses compostos, mas frequentemente não conseguimos reproduzir todas as reações químicas que levam à síntese do composto dentro de seu organismo nativo.

E como esses organismos fazem isso? Com enzimas. Basicamente, há uma enzima responsável por cada reação química na síntese de compostos bioativos.

A ideia do uso da biologia sintética para a produção de produtos naturais é descobrir todas as enzimas necessárias para a produção de uma molécula de nosso interesse e depois enxertar os genes correspondentes a essas enzimas em microrganismos que sejam fáceis de serem manipulados e cultivados.

Geralmente, para esse fim, se utiliza a bactéria Escherichia coli ou o fungo unicelular Saccharomyces cerevisiae, a famosa levedura da cerveja, já que dispomos de diversas técnicas para planejar e modificar o genoma dessas espécies.

Essa não é uma ideia nova. Já nos anos 80 a farmacêutica Lilly começou a usar a bactéria E. coli para produzir a insulina, que antes era extraída do pâncreas de porcos.

Mas na última década a engenharia genética deu um grande salto, passando a produzir moléculas cada vez mais complexas.

Por volta de 2005 já era possível usar quatro enzimas para produzir a artemisinina, usada contra malária, e hoje conseguimos projetar mecanismos com mais de 25 enzimas para produzir drogas contra o câncer.

Na Califórnia e em Massachusetts, polos de biotecnologia, já há várias startups competindo para desenvolver uma plataforma capaz de produzir qualquer molécula, entre elas a Ginkgo, a Amyris, a Culture Biosciences, a Antheia e a Synthetic Genomics.

Com essa tecnologia poderemos utilizar a fermentação de micróbios para produzir não só medicamentos, mas também biocombustíveis, alimentos, materiais, cosméticos etc.

Eu tive a chance de visitar a Ginkgo no seu início, por volta de 2012. À época eles investiam pesado na automação dos processos laboratoriais, transformando o processo meio que artesanal da engenharia genética em verdadeiras linhas de produção.

Hoje em dia eles combinam essa capacidade com a análise computacional de bibliotecas colossais de fragmentos de DNA obtidos de amostras naturais, para projetar a síntese de compostos a partir de todo um arsenal de enzimas encontradas na natureza.

O interesse é grande, e a tecnologia está amadurecendo. Agora com a epidemia de covid podem vir os incentivos governamentais para uma mudança drástica na rede de produção de medicamentos.

Para a síntese de produtos naturais pela fermentação de micróbios realmente deslanchar, os governos podem implantar incentivos fiscais para a produção de compostos que reduzam o uso de terras agrícolas ou de produtos químicos tóxicos.

Essa mudança também exigirá nova legislação regulando a aprovação de medicamentos derivados da fermentação. Assim, na próxima pandemia estaremos preparados para escalar rapidamente a produção das drogas que forem necessárias.

** Este texto não reflete, necessariamente, a opinião do UOL