BR102022006871A2 - PROCESS FOR OBTAINING PROTEIN EXTRACTS FROM PHOTOSYNTHETICIZING MICROORGANISMS, PROTEIN EXTRACTS FROM PHOTOSYNTHETICIZING MICROORGANISMS, USE OF PROTEIN EXTRACTS FROM PHOTOSYNTHETICIZING MICROORGANISMS, CULTURE MEDIUM OF HETEROTROPHIC ORGANISMS, USE OF HETEROTROPHIC ORGANISMS - Google Patents
PROCESS FOR OBTAINING PROTEIN EXTRACTS FROM PHOTOSYNTHETICIZING MICROORGANISMS, PROTEIN EXTRACTS FROM PHOTOSYNTHETICIZING MICROORGANISMS, USE OF PROTEIN EXTRACTS FROM PHOTOSYNTHETICIZING MICROORGANISMS, CULTURE MEDIUM OF HETEROTROPHIC ORGANISMS, USE OF HETEROTROPHIC ORGANISMS Download PDFInfo
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- C12N1/125—Unicellular algae isolates
Abstract
processo para obtenção de extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, uso dos extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, meio de cultura de organismos heterotróficos, uso dos organismos heterotróficos. a presente invenção refere-se a um processo para obtenção de extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, sendo eles, microalgas e/ou cianobactérias, bem como seu uso como fonte de nitrogênio em substituição à da fonte de proteína animal de meios de cultura de bactérias, leveduras, fungos e/ou célulasanimais, denominados organismos heterotróficos. adicionalmente, a presente invenção propõe a utilização dos organismos heterotróficos produzidos, bem como dos metabólitos produzidos por eles para aplicações industriais, como na produção de vacinas, soros, fármacos e biofármacos, antibióticos de uso humano e/ou animal, antitumorais, biomassa, ácidos orgânicos, solventes, ácidos nucleicos, biossurfactantes, aminoácidos, cosméticos, biofertilizantes, inoculantes agrícolas, fitohormônios, alimentos, ração animal, entre outros.process for obtaining protein extracts from photosynthetic microorganisms, protein extracts from photosynthetic microorganisms, use of protein extracts from photosynthetic microorganisms, culture medium for heterotrophic organisms, use of heterotrophic organisms. the present invention refers to a process for obtaining protein extracts from photosynthetic microorganisms, namely microalgae and/or cyanobacteria, as well as their use as a source of nitrogen replacing the source of animal protein from bacterial culture media, yeasts, fungi and/or animal cells, called heterotrophic organisms. Additionally, the present invention proposes the use of the heterotrophic organisms produced, as well as the metabolites produced by them for industrial applications, such as in the production of vaccines, serums, pharmaceuticals and biopharmaceuticals, antibiotics for human and/or animal use, antitumor drugs, biomass, acids organic products, solvents, nucleic acids, biosurfactants, amino acids, cosmetics, biofertilizers, agricultural inoculants, phytohormones, foods, animal feed, among others.
Description
[001] A presente invenção se insere no campo da Biologia, mais precisamente na área da Biotecnologia, e descreve um processo para obtenção de extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, sendo eles, microalgas e/ou cianobactérias, bem como seu uso como fonte de nitrogênio em substituição à fonte de proteína animal de meios de cultura de bactérias, leveduras, fungos e/ou células animais, denominados organismos heterotróficos. Adicionalmente, a presente invenção propõe a utilização dos organismos heterotróficos produzidos, bem como dos metabólitos produzidos por eles para aplicações industriais, como na produção de vacinas, soros, fármacos e biofármacos, antibióticos de uso humano e/ou animal, antitumorais, biomassa, ácidos orgânicos, solventes, ácidos nucleicos, biossurfactantes, aminoácidos, cosméticos, biofertilizantes, inoculantes agrícolas, fitohormônios, alimentos, ração animal, entre outros.[001] The present invention falls within the field of Biology, more precisely in the area of Biotechnology, and describes a process for obtaining protein extracts from photosynthetic microorganisms, such as microalgae and/or cyanobacteria, as well as their use as a source of nitrogen replacing the source of animal protein from culture media of bacteria, yeast, fungi and/or animal cells, called heterotrophic organisms. Additionally, the present invention proposes the use of the heterotrophic organisms produced, as well as the metabolites produced by them for industrial applications, such as in the production of vaccines, serums, pharmaceuticals and biopharmaceuticals, antibiotics for human and/or animal use, antitumor drugs, biomass, acids organic products, solvents, nucleic acids, biosurfactants, amino acids, cosmetics, biofertilizers, agricultural inoculants, phytohormones, foods, animal feed, among others.
[002] Com o crescimento da população mundial, a demanda por alimentos também se eleva. Na alimentação humana, a fração proteica mais especificamente, de proteína animal é uma das mais relevantes. Atualmente, proporcionar produtos com alto teor de proteínas renováveis e sustentáveis é o grande desafio da indústria de alimentos (JONES, S. W., KARPOL, A., FRIEDMAN, S., MARU, B. T., TRACY, B. P. Recent advances in single cell protein use as a feed ingredient in aquaculture. Current Opinion in Biotechnology, v. 61, pp. 189-197, 2020).[002] As the world population grows, the demand for food also increases. In human nutrition, the protein fraction, more specifically, animal protein, is one of the most relevant. Currently, providing products with a high content of renewable and sustainable proteins is the food industry's greatest challenge (JONES, S. W., KARPOL, A., FRIEDMAN, S., MARU, B. T., TRACY, B. P. Recent advances in single cell protein use as a feed ingredient in aquaculture. Current Opinion in Biotechnology, v. 61, pp. 189-197, 2020).
[003] Existe a tendência de substituição da proteína de origem animal por outras fontes. Desde 1950, as microalgas são estudadas por conter em sua biomassa elevada concentração de proteínas. Por serem capazes de consumir CO2, estudos sobre a otimização das condições de crescimento com o objetivo de aumento do rendimento de produção de biomassa são realizados, bem como avaliação de contribuição de redução dos gases do efeito estufa (BUI, H. H.; TRAN, K. Q.; CHEN, W. H. Pyrolysis of microalgae residues - a kinetic study. Bioresource Technology, v. 199, pp. 362-366, 2016). Além disso, o interesse pelas microalgas é crescente, pois, a otimização das condições de cultivo pode induzir à síntese e ao acúmulo de altos teores de proteínas (de 40% a 60% da biomassa), carboidratos, e lipídios. (BARKA, A., BLECKER, C. Focus on: microalgae as a potential source of single-cell proteins. A review. Biotechnol. Agron. Soc. Environ., v. 20, pp. 427-436, 2016).[003] There is a tendency to replace protein of animal origin with other sources. Since 1950, microalgae have been studied because they contain a high concentration of proteins in their biomass. Because they are capable of consuming CO2, studies on optimizing growth conditions with the aim of increasing biomass production yield are carried out, as well as evaluating the contribution to reducing greenhouse gases (BUI, H. H.; TRAN, K. Q.; CHEN, W. H. Pyrolysis of microalgae residues - a kinetic study. Bioresource Technology, v. 199, pp. 362-366, 2016). Furthermore, interest in microalgae is growing, as optimizing cultivation conditions can induce the synthesis and accumulation of high levels of proteins (from 40% to 60% of biomass), carbohydrates, and lipids. (BARKA, A., BLECKER, C. Focus on: microalgae as a potential source of single-cell proteins. A review. Biotechnol. Agron. Soc. Environ., v. 20, pp. 427-436, 2016).
[004] Globalmente, a produção de biomassa seca de microalgas é de cerca de 20.000 toneladas.ano-1. O valor de vendas bruta de Spirulina e Chlorella variam de US $ 10.000 a US $ 30.000 por tonelada (BENEMANN, J. R., WOERTZ, I., LUNDQUIST, T. Autotrophic microalgae biomass production: from niche markets to commodities. Industrial Biotechnology, v. 14, pp. 3-10, 2018). O mercado específico de proteínas de algas, movimentou cerca de 700 milhões de dólares no ano de 2019 e estima-se que cresça 6% até 2026 (https://www.gminsights.com/methodology/detail/algae- protein-market, acesso em 20/05/2020, LARENS, L. M. L., MARKHAM, J., TEMPLETON, D. W., CHRISTENSEN, E. D., VAN WYCHEN, S., VADELIUS, E. W., PIENKOS, P. T. Development of algae biorefinery concepts for biofuels and bioproducts; a perspective on process-compatible products and their impact on cost-reduction. Energy & Environmental Science, v.10, pp.1716-1738, 2017).[004] Globally, the production of dry biomass from microalgae is around 20,000 tons.year-1. The gross sales value of Spirulina and Chlorella ranges from US$10,000 to US$30,000 per ton (BENEMANN, J. R., WOERTZ, I., LUNDQUIST, T. Autotrophic microalgae biomass production: from niche markets to commodities. Industrial Biotechnology, v. 14, pp. 3-10, 2018). The specific market for algae proteins was worth around 700 million dollars in 2019 and is estimated to grow 6% by 2026 (https://www.gminsights.com/methodology/detail/algae-protein-market, accessed on 05/20/2020, LARENS, L. M. L., MARKHAM, J., TEMPLETON, D. W., CHRISTENSEN, E. D., VAN WYCHEN, S., VADELIUS, E. W., PIENKOS, P. T. Development of algae biorefinery concepts for biofuels and bioproducts; a perspective on process-compatible products and their impact on cost-reduction. Energy & Environmental Science, v.10, pp.1716-1738, 2017).
[005] Muitas espécies de microalgas crescem mais rapidamente do que plantas terrestres, possibilitando obter maior quantidade de biomassa, bem como carboidratos e lipídeos. Além disso, sua natureza unicelular assegura uma biomassa com a mesma composição bioquímica, o que não ocorre com plantas terrestres onde diferentes compostos são produzidos em partes específicas como, frutos, folhas, sementes ou raízes, por exemplo. (BAICHA, Z., SALAR-GARCIA, M. J., ORTIZ-MARTINEZ., HERNANDEZ- FERNANDEZ, F. J., LOS RIOS, A. P.; LABJAR, N., LOTFI, E., ELMAHI, M. A critical review on microalgae as an alternative source for bioenergy production: A promising low cost substrate for microbial fuel cells. Fuel Processing Technology, v.154, pp.104-106, 2016; RICHMOND, A. (Ed). CRC Handbook of microalgal mass culture. Florida: CRC, pp. 528, 1990).[005] Many species of microalgae grow faster than terrestrial plants, making it possible to obtain a greater amount of biomass, as well as carbohydrates and lipids. Furthermore, its unicellular nature ensures a biomass with the same biochemical composition, which does not occur with terrestrial plants where different compounds are produced in specific parts such as fruits, leaves, seeds or roots, for example. (BAICHA, Z., SALAR-GARCIA, M. J., ORTIZ-MARTINEZ., HERNANDEZ- FERNANDEZ, F. J., LOS RIOS, A. P.; LABJAR, N., LOTFI, E., ELMAHI, M. A critical review on microalgae as an alternative source for bioenergy production: A promising low cost substrate for microbial fuel cells. Fuel Processing Technology, v.154, pp.104-106, 2016; RICHMOND, A. (Ed). CRC Handbook of microalgal mass culture. Florida: CRC, pp. 528, 1990).
[006] Alguns estudos presentes na literatura propõem a utilização de extrato de microrganismos fotossintetizantes, bem como métodos de obtenção dos mesmos, como por exemplo:[006] Some studies in the literature propose the use of extracts from photosynthetic microorganisms, as well as methods for obtaining them, such as:
[007] O documento SINGH, R.N.; SHARMA, S. Development of suitable photobioreactor for algae production - A review. Renewable And Sustainable Energy Reviews, v. 16, n. 4, p. 2347-2353, 2012 comenta sobre os tipos de fotobiorreatores empregados para cultivos de microalgas, como fotobiorreatores abertos e fechados, apresentando vantagens e desvantagens de cada um deles. No tocante a fotobiorreatores fechados, apresentam diferentes formas, como de placas planas e tubulares. Estes fotobiorreatores podem ser movimentados por “air lift” ou por meio de bombas. Os reatores tubulares podem ser dispostos verticalmente ou horizontalmente. Há ainda a possibilidade de se trabalhar com fotobiorreatores do tipo de mistura, comumente empregado em cultivos de microrganismos heterotróficos. Apresentam como promissores fotobiorreatores híbridos, onde diferentes tipos de fotobiorreatores possam ser combinados, de forma a se obter as melhores condições de produção de microalgas. Embora este artigo de revisão seja importante no campo das microalgas, os ensinamentos fornecidos neste artigo não revelam a presente invenção, que trata particularmente de extratos de microrganismos fotossintetizantes como fonte de nitrogênio em cultivo de organismos heterotróficos.[007] The document SINGH, R.N.; SHARMA, S. Development of suitable photobioreactor for algae production - A review. Renewable And Sustainable Energy Reviews, vol. 16, no. 4, p. 2347-2353, 2012 comments on the types of photobioreactors used for microalgae cultivation, such as open and closed photobioreactors, presenting advantages and disadvantages of each of them. Regarding closed photobioreactors, they come in different shapes, such as flat plates and tubulars. These photobioreactors can be moved by “air lift” or using pumps. Tubular reactors can be arranged vertically or horizontally. There is also the possibility of working with mixture-type photobioreactors, commonly used in the cultivation of heterotrophic microorganisms. They present hybrid photobioreactors as promising, where different types of photobioreactors can be combined, in order to obtain the best conditions for microalgae production. Although this review article is important in the field of microalgae, the teachings provided in this article do not disclose the present invention, which particularly deals with extracts of photosynthetic microorganisms as a source of nitrogen in the cultivation of heterotrophic organisms.
[008] Os documentos BECKER, E. W., Microalgae as source of protein, Biotechnology Advances, 25, p. 2017-210, 2007; BARKA, A., BLECKER, C. Focus on: Microalgae as a potential source of single-cell proteins. A review. Biotechnol. Agron. Soc. Environ., v. 20, pp. 427-436, 2016; KOYANDE, A. K., CHEW, K. W., RAMBABU, K., DINH-TOICHU, Y. T., SHOW. P.-L. Microalgae: A potential alternative to health supplementation for humans, Human Science and Human Wellness, 8, p.16-24, 2019; BHATTACHARYA, M., GOSWAMI, S., Microalgae - A green multi - product biorefinery for future industrial prospects, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 25, 101580, 2020, descrevem que a produção de proteínas por microalgas, varia quantitativamente e qualitativamente, dependendo da espécie cultivada, sendo consideradas ótimas fontes de proteínas e aminoácidos.[008] The documents BECKER, E. W., Microalgae as source of proteins, Biotechnology Advances, 25, p. 2017-210, 2007; BARKA, A., BLECKER, C. Focus on: Microalgae as a potential source of single-cell proteins. The review. Biotechnol. Agron. Soc. Environ., v. 20, pp. 427-436, 2016; KOYANDE, A. K., CHEW, K. W., RAMBABU, K., DINH-TOICHU, Y. T., SHOW. P.-L. Microalgae: A potential alternative to health supplementation for humans, Human Science and Human Wellness, 8, p.16-24, 2019; BHATTACHARYA, M., GOSWAMI, S., Microalgae - A green multi - product biorefinery for future industrial prospects, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 25, 101580, 2020, describe that the production of proteins by microalgae varies quantitatively and qualitatively, depending on the cultivated species, being considered excellent sources of proteins and amino acids.
[009] Os produtos “Single Cell Protein” podem ser preparados a partir de diferentes fontes microbianas, incluindo microalgas, leveduras, fungos e bactérias (JONES, S. W., KARPOL, A., FRIEDMAN, S., MARU, B. T., TRACY, B. P. Recent advances in single cell protein use as a feed ingredient in aquaculture. Current Opinion in Biotechnology, v. 61, pp. 189-197, 2020).[009] “Single Cell Protein” products can be prepared from different microbial sources, including microalgae, yeast, fungi and bacteria (JONES, S. W., KARPOL, A., FRIEDMAN, S., MARU, B. T., TRACY, B. P. Recent advances in single cell protein use as a feed ingredient in aquaculture. Current Opinion in Biotechnology, v. 61, pp. 189-197, 2020).
[010] Produtos de proveniência vegetal estão disponíveis para o preparo de meios de cultura ricos em nutrientes que são eficientes em culturas in vitro e na produção de biomassa bacteriana de maneira sustentável (MOURAD, E. F., SARHAN, M. S., DAANAA, H. S A., ABDOU, M., MORSI, A. T., ABDELFADEEL, M. R., ELSAWEY, H., NEMR, R., EL-TAHAN, M., HAMZA, M. A., ABBAS, M., YOUSSEF, H. H., ABDELHADI, A. A., AMER, W. A., FAYEZ, M., RUPPEL, S., HEGAZI, N. A. Plant materials are sustainable substrates supporting new technologies of plant- only-based culture media for in vitro culturing of the plant. Microbes. Environ., v.33, pp. 40-49, 2018).[010] Products of plant origin are available for the preparation of nutrient-rich culture media that are efficient in in vitro cultures and in the production of bacterial biomass in a sustainable manner (MOURAD, E. F., SARHAN, M. S., DAANAA, H. S A ., ABDOU, M., MORSI, A. T., ABDELFADEEL, M. R., ELSAWEY, H., NEMR, R., EL-TAHAN, M., HAMZA, M. A., ABBAS, M., YOUSSEF, H. H., ABDELHADI, A. A., AMER , W. A., FAYEZ, M., RUPPEL, S., HEGAZI, N. A. Plant materials are sustainable substrates supporting new technologies of plant-only-based culture media for in vitro culturing of the plant. Microbes. Environ., v.33, pp 40-49, 2018).
[011] Há desafios e perspectivas ao cultivar microalgas para a produção de nutracêuticos e suplementos alimentares, bem como a produção de extratos e/ou biomassa, com interesse nas moléculas bioativas de alto valor agregado. Particularmente, o artigo de revisão de Chaco-Lee &González- Marino (2010) (CHACON-LEE, T.; GONZÁLEZ-MARINO, G. Microalgae for “Healthy” Foods — Possabilities and Challenges. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, v.9, pp. 655-675, 2010) procura evidenciar os componentes presentes em biomassas de microalgas, como ácidos graxos, proteínas e correspondentes perfis de aminoácidos, polissacarídeos, carotenoides e vitaminas, de modo a justificar a proposta de que a indústria de alimentos avalie as microalgas como uma nova fonte de produtos que promovem a saúde.[011] There are challenges and perspectives when cultivating microalgae for the production of nutraceuticals and food supplements, as well as the production of extracts and/or biomass, with interest in bioactive molecules with high added value. Particularly, the review article by Chaco-Lee &González-Marino (2010) (CHACON-LEE, T.; GONZÁLEZ-MARINO, G. Microalgae for “Healthy” Foods — Possibilities and Challenges. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, v.9, pp. 655-675, 2010) seeks to highlight the components present in microalgae biomass, such as fatty acids, proteins and corresponding profiles of amino acids, polysaccharides, carotenoids and vitamins, in order to justify the proposal that the food industry food evaluate microalgae as a new source of health-promoting products.
[012] O artigo também apresenta processos clássicos de produção de microrganismos fotossintetizantes, bem como a forma de separação deles. No entanto, em nenhuma parte do referido artigo de revisão foi encontrada menção à obtenção de extrato proteico de microrganismos fotossintetizantes, diferenciando e, assim, não revela a presente invenção, que tem como proposta a obtenção de extratos de microrganismos fotossintetizantes e seu uso como fonte de nitrogênio em cultivo de organismos heterotróficos.[012] The article also presents classic processes for producing photosynthetic microorganisms, as well as how they are separated. However, nowhere in the aforementioned review article was there any mention found about obtaining protein extract from photosynthetic microorganisms, differentiating and, therefore, not revealing the present invention, which aims to obtain extracts from photosynthetic microorganisms and their use as a source of nitrogen in the cultivation of heterotrophic organisms.
[013] No tocante à alimentação animal, a microalga Chlorella vulgarisé uma alternativa potencial para substituir as rações de peixe na aquicultura devido à sua composição proteica semelhante. Para a obtenção da biomassa microalgal foi utilizado um fotobiorreator no qual foi possível atingir uma produtividade máxima de biomassa de 699 mg.L-1.dia-1e 365 mg.L-1.dia-1de proteína. Além disso, analisou-se a composição de aminoácidos da proteína microalgal, no qual a Chlorella vulgaris mostrou que até 70% das proteínas consistem em aminoácidos essenciais (CHEN, C.Y.; LEE, P. J.; TAN, C. H.; LO, Y. C.; HUANG, C. C.; SHOW, P. L.; LIN, C. H.; CHANG, J. S. Improving protein production of indigenous microalga Chlorella vulgaris FSP-E by photobioreactor design and cultivation strategies. Biotechnology Journal, v. 10, n. 6, pp. 905-914, 2015). É importante destacar que o trabalho de Chen et al. (2015) não cita em qualquer parte do texto a possibilidade de se trabalhar com extratos das microalgas, diferenciando-se da presente invenção.[013] Regarding animal feed, the microalgae Chlorella vulgaris is a potential alternative to replace fish feed in aquaculture due to its similar protein composition. To obtain microalgal biomass, a photobioreactor was used in which it was possible to achieve a maximum biomass productivity of 699 mg.L-1.day-1 and 365 mg.L-1.day-1 of protein. Furthermore, the amino acid composition of microalgal protein was analyzed, in which Chlorella vulgaris showed that up to 70% of proteins consist of essential amino acids (CHEN, C.Y.; LEE, P. J.; TAN, C. H.; LO, Y. C.; HUANG, C. C. ; SHOW, P. L.; LIN, C. H.; CHANG, J. S. Improving protein production of indigenous microalga Chlorella vulgaris FSP-E by photobioreactor design and cultivation strategies. Biotechnology Journal, v. 10, n. 6, pp. 905-914, 2015). It is important to highlight that the work of Chen et al. (2015) does not mention anywhere in the text the possibility of working with extracts from microalgae, differentiating it from the present invention.
[014] Microrganismos fotossintetizantes podem apresentar parede celular difícil de digerir, acarretando a diminuição da biodisponibilidade de seus nutrientes. Assim, visando melhorar a liberação do conteúdo proteico para a alimentação de peixes e crustáceos, os documentos patentários WO2019171293 e US2021/0000140A1 propõem o rompimento celular em moinhos de bola vibratório em sistema úmido, ou outros processos físicos de rompimento celular, preferencialmente úmidos, seguido de hidrólise enzimática com mistura de pelo menos duas enzimas, como lipase, pectinase, celulase, hemicelulase, endo e exo-arabanase, amilase ou misturas dos mesmos, sendo que pelo menos uma das enzimas seja lipase, pectinase ou amilase.[014] Photosynthetic microorganisms may have a cell wall that is difficult to digest, resulting in a decrease in the bioavailability of their nutrients. Thus, aiming to improve the release of protein content for feeding fish and crustaceans, patent documents WO2019171293 and US2021/0000140A1 propose cell disruption in vibrating ball mills in a wet system, or other physical cell disruption processes, preferably wet, followed by of enzymatic hydrolysis with a mixture of at least two enzymes, such as lipase, pectinase, cellulase, hemicellulase, endo- and exo-arabanase, amylase or mixtures thereof, with at least one of the enzymes being lipase, pectinase or amylase.
[015] Assim, a presente invenção diferencia-se dos documentos WO2019171293 e US2021/0000140A1 pois prevê o rompimento físico simultaneamente com hidrólise enzimática e/ou química, o que aumenta a eficiência de rompimento pela sinergia do uso dos dois processos simultaneamente. Além disso, a presente invenção prevê a possível remoção de lipídios das células, o que além de permitir a obtenção desta fração para outros usos, desestrutura a membrana celular, permitindo uma maior eficiência no rompimento celular e atuação das hidrolases utilizadas no processo de rompimento celular. Outra melhoria no processo proposto na presente invenção é o tratamento com proteases, que aumenta a biodisponibilidade da fonte proteica para os organismos heterotróficos, além de propor possível tratamento com nucleases e/ou precipitações dos peptídeos/proteínas ou material genético para obtenção de extratos proteicos com baixa quantidade de material genético. Ao extrato proteico, purificado ou não, ainda é proposta uma concentração para remoção de água e armazenamento, havendo diferença ainda quanto à finalidade de uso do extrato da presente invenção, que é a aplicação em cultivo de bactérias, leveduras, fungos e/ou células animais.[015] Thus, the present invention differs from documents WO2019171293 and US2021/0000140A1 as it provides for physical disruption simultaneously with enzymatic and/or chemical hydrolysis, which increases the disruption efficiency through the synergy of using both processes simultaneously. Furthermore, the present invention provides for the possible removal of lipids from cells, which in addition to allowing this fraction to be obtained for other uses, disrupts the cell membrane, allowing greater efficiency in cell disruption and the action of the hydrolases used in the cell disruption process. . Another improvement in the process proposed in the present invention is the treatment with proteases, which increases the bioavailability of the protein source for heterotrophic organisms, in addition to proposing possible treatment with nucleases and/or precipitations of peptides/proteins or genetic material to obtain protein extracts with low amount of genetic material. For the protein extract, whether purified or not, a concentration is still proposed for water removal and storage, with a further difference regarding the purpose of use of the extract of the present invention, which is the application in the cultivation of bacteria, yeasts, fungi and/or cells animals.
[016] O documento US2020/0095176A1 descreve um método de obtenção de fertilizante e bioestimulantes para uso na agricultura a partir de biomassa de microalga e/ou cianobactérias. Para tanto, os autores citam que a biomassa desses microrganismos passa por um rompimento celular seguido de tratamento com proteases, com pré-tratamento com celulase, até a obtenção de um extrato rico em aminoácidos livres, peptídeos e fitormônios. Em seguida, esse extrato é adicionado de nitrogênio, fósforo e/ou potássio para que possa ser utilizado como fertilizante. Os meios de cultivos utilizados para a finalidade do documento US2020/0095176A1 tratam-se de meios residuais ou de meios com água limpa, porém com adição de fertilizantes como nutrientes, diferenciando da presente invenção, que não usa meios residuais, utilizando sais de pelo menos grau técnico, preferencialmente P.A, a fim de evitar contaminantes nos extratos que possam interferir na qualidade dos produtos produzidos pelos organismos heterotróficos que venham a crescer nos extratos proteicos.[016] Document US2020/0095176A1 describes a method of obtaining fertilizer and biostimulants for use in agriculture from microalgae and/or cyanobacteria biomass. To this end, the authors mention that the biomass of these microorganisms undergoes cell disruption followed by treatment with proteases, with pre-treatment with cellulase, until obtaining an extract rich in free amino acids, peptides and phytohormones. This extract is then added with nitrogen, phosphorus and/or potassium so that it can be used as a fertilizer. The cultivation media used for the purpose of document US2020/0095176A1 are residual media or media with clean water, but with the addition of fertilizers as nutrients, differentiating from the present invention, which does not use residual media, using salts of at least technical grade, preferably P.A, in order to avoid contaminants in the extracts that could interfere with the quality of the products produced by heterotrophic organisms that may grow in the protein extracts.
[017] De fato, considerando que importantes aplicações destes extratos seriam a produção de vacinas e biofármacos, é imprescindível ter segurança da origem dos insumos, com a rastreabilidade garantida. Outra diferença entre os processos da presente invenção, é que o documento US2020/0095176A1, por trabalhar com águas residuárias, considera cepas em mistura, expressando ao longo do texto como “microalgas, incluindo cianobactérias”. Ou seja, não apresenta qualquer tipo de restrição quanto à quantidade e diversidade dos microrganismos fotossintetizantes, o que é aceitável para a aplicação como biofertilizante. No caso da presente invenção, prefere-se cultivos sem presença de mais de um microrganismo fotossintetizante, com limitação de presença de outras espécies, havendo necessidade de garantia de não haver presença de microrganismos fotossintetizantes produtores de toxinas, pois os extratos proteicos obtidos a partir dessas células, como comentado acima, serão destinados a cultivos de organismos heterotróficos que produzem compostos em que há necessidade de garantir a segurança de não haver contaminantes.[017] In fact, considering that important applications of these extracts would be the production of vaccines and biopharmaceuticals, it is essential to have security of the origin of the inputs, with traceability guaranteed. Another difference between the processes of the present invention is that document US2020/0095176A1, as it works with wastewater, considers strains in mixture, expressed throughout the text as “microalgae, including cyanobacteria”. In other words, it does not present any type of restriction regarding the quantity and diversity of photosynthetic microorganisms, which is acceptable for application as a biofertilizer. In the case of the present invention, cultures without the presence of more than one photosynthetic microorganism are preferred, with limited presence of other species, with the need to guarantee that there is no presence of toxin-producing photosynthetic microorganisms, as the protein extracts obtained from these Cells, as mentioned above, will be destined for cultivation of heterotrophic organisms that produce compounds in which there is a need to guarantee the safety of there being no contaminants.
[018] Outra diferença entre os processos do documento US2020/0095176A1 e da presente invenção é que esta propõe o cultivo dos microrganismos isoladamente e prepara os extratos proteicos isoladamente, considerando a mistura dos extratos já processados para a constituição de bases para a elaboração de meios de cultivo de organismos heterotróficos. Também na presente invenção considera-se a obtenção de extratos de proteínas e de peptídeos, pois são mais fáceis de purificar e grande parte dos organismos heterotróficos (bactérias, leveduras, fungos) são produtores de proteases. Os casos específicos em que se deseja a obtenção de aminoácidos livres, particularmente importantes no caso de cultivo de células animais, as proteases são aplicadas em extratos contendo proteínas e peptídeos purificados ou parcialmente purificados, diferindo do documento US2020/0095176A1, onde as proteases são aplicadas em extratos brutos. Por fim, o que justifica as diferenças das operações unitárias aplicadas na presente invenção e o documento US2020/0095176A1, é que as finalidades de uso são diferentes, como evidenciado acima.[018] Another difference between the processes of document US2020/0095176A1 and the present invention is that it proposes the cultivation of microorganisms in isolation and the preparation of protein extracts in isolation, considering the mixture of already processed extracts to form bases for the preparation of media cultivation of heterotrophic organisms. The present invention also considers obtaining protein and peptide extracts, as they are easier to purify and most heterotrophic organisms (bacteria, yeast, fungi) are protease producers. In specific cases in which it is desired to obtain free amino acids, particularly important in the case of animal cell cultivation, proteases are applied to extracts containing purified or partially purified proteins and peptides, differing from document US2020/0095176A1, where proteases are applied in crude extracts. Finally, what justifies the differences in the unit operations applied in the present invention and document US2020/0095176A1, is that the purposes of use are different, as evidenced above.
[019] O documento US8486675B2 descreve um processo para remoção de fibras de microalgas e macroalgas para produção de alimento/refeição pobre em fibras, ou seja, para obtenção de concentrados proteicos proveniente de algas, removendo também fatores antinutricionais, usando centrifugação de baixa força g, gerando um conteúdo proteico entre 30 e 70%. São citados métodos envolvendo solventes orgânicos, água e mistura de solventes para a precipitação diferenciada das frações de fibras e de proteínas. Além da aplicação de operações de centrifugação, a tamisação também é prevista para a separação de fases. Podem ser aplicadas enzimas normalmente utilizadas tanto para liberação de fósforo (fitase) como para hidrolisar fibras (celulase) antes da separação das fases de fibras e proteínas. A partir da separação de fases proteica e de fibras, podem ser utilizadas enzimas específicas para obtenção dos hidrolisados das fases. Esses tratamentos podem ser aplicados tanto em microalgas como em macroalgas in natura, como rompidas e/ou desengorduradas.[019] Document US8486675B2 describes a process for removing fibers from microalgae and macroalgae for the production of low-fiber food/meal, that is, to obtain protein concentrates from algae, also removing antinutritional factors, using low g-force centrifugation , generating a protein content between 30 and 70%. Methods involving organic solvents, water and a mixture of solvents are cited for the differentiated precipitation of fiber and protein fractions. In addition to the application of centrifugation operations, sieving is also provided for phase separation. Enzymes normally used both to release phosphorus (phytase) and to hydrolyze fibers (cellulase) can be applied before separating the fiber and protein phases. From the separation of protein and fiber phases, specific enzymes can be used to obtain phase hydrolysates. These treatments can be applied to both microalgae and macroalgae in natura, as well as broken and/or degreased.
[020] A presente invenção difere do documento US8486675B2 por não procurar separar as frações proteicas das frações de fibras, uma vez que as microalgas, microrganismos preferencialmente utilizados na elaboração dos extratos proteicos, bem como as cianobactérias, crescendo em meio com suprimento adequado de nitrogênio, apresentam baixos valores de concentração de fibras, além destas não prejudicarem a elaboração dos meios de cultivo. O tratamento com hidrolases, embora possa ocorrer tanto na presente invenção como no documento US8486675B2, diferenciam-se, pois na presente invenção estas enzimas são adicionadas preferencialmente quando da operação unitária de rompimento celular, o que leva a uma simplificação e diminuição de tempo de processo, e a presença de fibras residuais e seus hidrolisados, por apresentarem em sua composição compostos normalmente presente em parede celular, é vantajosa à finalidade que se destina o hidrolisado proteico, que é servir de meio de cultivo para organismos heterotróficos, que seriam os casos dos cultivos de bactérias, leveduras e fungos.[020] The present invention differs from document US8486675B2 in that it does not seek to separate the protein fractions from the fiber fractions, since microalgae, microorganisms preferably used in the preparation of protein extracts, as well as cyanobacteria, growing in a medium with an adequate supply of nitrogen , have low fiber concentration values, and these do not harm the preparation of cultivation media. Treatment with hydrolases, although it can occur both in the present invention and in document US8486675B2, differs, as in the present invention these enzymes are preferentially added during the unitary cell disruption operation, which leads to simplification and reduction of process time. , and the presence of residual fibers and their hydrolysates, as they contain compounds normally present in the cell wall, is advantageous to the purpose for which the protein hydrolyzate is intended, which is to serve as a culture medium for heterotrophic organisms, which would be the case of cultivation of bacteria, yeast and fungi.
[021] Na presente invenção, diferentemente da patente US8486675B2, há a previsão de adição de nucleases ao extrato proteico para remoção de ácidos nucleicos e/ou solubilização deles. Na presente invenção, os extratos proteicos são sempre obtidos separadamente e a possível mistura de extratos proteicos ocorre posteriormente, com eles já preparados, concentrados ou secos, de forma que se complementem para proporcionar um crescimento celular adequado e/ou formação do produto desejado do organismo heterotrófico. Adicionalmente, o extrato proteico ainda não é o produto final, pois é apenas um dos componentes (fonte de nitrogênio) dos meios de cultivo a serem preparados para o crescimento dos organismos heterotróficos, embora os compostos contaminantes do extrato proteico possam contribuir com muitos nutrientes para o cultivo dos organismos heterotróficos.[021] In the present invention, unlike patent US8486675B2, there is provision for adding nucleases to the protein extract to remove nucleic acids and/or solubilize them. In the present invention, protein extracts are always obtained separately and the possible mixing of protein extracts occurs later, with them already prepared, concentrated or dried, so that they complement each other to provide adequate cell growth and/or formation of the desired product of the organism. heterotrophic. Additionally, the protein extract is not yet the final product, as it is only one of the components (nitrogen source) of the culture media to be prepared for the growth of heterotrophic organisms, although the contaminating compounds of the protein extract can contribute many nutrients to the cultivation of heterotrophic organisms.
[022] O documento PT115535A descreve uma solução para a extração de peptídeos bioativos de origem microalgal, a partir das espécies Nannochloropsis oceanica e Chlorella vulgaris, com ação antioxidante e anti-hipertensiva. Foi utilizado o método de ruptura da parede celular desses microrganismos através da adição de ácido, e por hidrólise enzimática mediante a mistura de celulase e protease. A presente invenção difere do documento PT115535A por utilizar rompimento celular físico, associado ao tratamento simultâneo com enzimas, que podem ser hidrolases (celulases, hemicelulases, pectinases, lipases, glucanases, manases, quitinases, lisozima, zimolase, isoladas ou na forma de mistura, entre outras), com possibilidade do uso também de nucleases, enquanto a patente citada utiliza um processo em que se usa apenas ácido fraco e, que após essa operação, é utilizada uma mistura de celulase e protease para obtenção de extrato proteico. Mesmo em caso de tratamento químico para acelerar o processo de rompimento celular, este é feito simultaneamente ao processo físico. Dessa forma, a eficiência de liberação da fração proteica e facilidade de separação é grandemente aumentada na presente invenção.[022] Document PT115535A describes a solution for the extraction of bioactive peptides of microalgal origin, from the species Nannochloropsis oceanica and Chlorella vulgaris, with antioxidant and antihypertensive action. The method of rupturing the cell wall of these microorganisms was used through the addition of acid, and by enzymatic hydrolysis using a mixture of cellulase and protease. The present invention differs from document PT115535A in that it uses physical cell disruption, associated with simultaneous treatment with enzymes, which can be hydrolases (cellulases, hemicellulases, pectinases, lipases, glucanases, mannases, chitinases, lysozyme, zymolase, isolated or in the form of a mixture, among others), with the possibility of also using nucleases, while the aforementioned patent uses a process in which only weak acid is used and, after this operation, a mixture of cellulase and protease is used to obtain a protein extract. Even in the case of chemical treatment to accelerate the cell disruption process, this is done simultaneously with the physical process. In this way, the efficiency of releasing the protein fraction and ease of separation is greatly increased in the present invention.
[023] O uso do extrato proteico do documento PT115535A é para atividade anti-hipertensiva e antioxidante, estando pronto para uso nesta condição, enquanto na presente invenção, são previstas etapas de purificação do extrato proteico, concentração, combinação de extratos concentrados/secos, bem como sua incorporação em meios de cultivo de organismos heterotróficos, sendo, como comentado anteriormente, apenas um dos componentes destes.[023] The use of the protein extract of document PT115535A is for antihypertensive and antioxidant activity, being ready for use in this condition, while in the present invention, steps are provided for purification of the protein extract, concentration, combination of concentrated/dry extracts, as well as its incorporation into culture media for heterotrophic organisms, being, as previously mentioned, just one of their components.
[024] O desenvolvimento de meios livres de proteínas animais é importante para aumentar a segurança dos produtos biológicos produzidos, e assim, serem utilizados em terapias farmacológicas e vacinas. A principal desvantagem do uso dessas substâncias derivadas de animais é a introdução potencial de contaminantes, no processo e, potencialmente no produto final (MERTEN, O.W. Safety issues of animal products used in serum-free media. Dev. Biol. Stand., v. 99, pp. 16780, 1999). Outro risco associado ao uso de soro animal, inclui a possibilidade de variabilidade entre lotes e, em menor grau, variabilidade intra-lote. Cada um desses riscos pode ser reduzido através do uso de alternativas séricas, principalmente o uso de meio quimicamente definido (NIMS, R. W, HARBELL, J. W. Best practices for the use and evaluation of animal serum as a component of cell culture médium. In Vitro Cell.Dev.Biol., v.53, pp. 682-690, 2017).[024] The development of animal protein-free media is important to increase the safety of the biological products produced, and thus, be used in pharmacological therapies and vaccines. The main disadvantage of using these animal-derived substances is the potential introduction of contaminants into the process and potentially into the final product (MERTEN, O.W. Safety issues of animal products used in serum-free media. Dev. Biol. Stand., v. 99, pp. 16780, 1999). Another risk associated with the use of animal serum includes the possibility of inter-batch variability and, to a lesser extent, intra-batch variability. Each of these risks can be reduced through the use of serum alternatives, especially the use of chemically defined medium (NIMS, R. W, HARBELL, J. W. Best practices for the use and evaluation of animal serum as a component of cell culture medium. In Vitro Cell.Dev.Biol., v.53, pp. 682-690, 2017).
[025] O documento WO2017216818 apresenta um método de cultura de bactéria anaeróbica obrigatória ou facultativa (Lactobacillus sp.) que compreende a inoculação da bactéria anaeróbica em um extrato de microalgas ricas em ácidos graxos ômega-3, em que se propõe seu uso como único componente de meio de cultivo, alternativamente com adição somente de açúcar, em condições anaeróbicas. Cita que uma concentração da microalga Nannochloropsis gaditana menor que 10 g/L foi suficiente para suportar o crescimento de Lactobacillus sp, mas indicou em sua reivindicação que a concentração da microalga a ser utilizada seja suficiente para suportar o crescimento da bactéria anaeróbica.[025] Document WO2017216818 presents a method for culturing obligatory or facultative anaerobic bacteria (Lactobacillus sp.) which comprises the inoculation of anaerobic bacteria in an extract of microalgae rich in omega-3 fatty acids, in which its use is proposed as the only component of cultivation medium, alternatively with the addition of only sugar, under anaerobic conditions. It mentions that a concentration of the microalgae Nannochloropsis gaditana lower than 10 g/L was sufficient to support the growth of Lactobacillus sp, but it indicated in its claim that the concentration of the microalgae to be used is sufficient to support the growth of anaerobic bacteria.
[026] O meio resultante desse crescimento, incluindo células e fração líquida seria usada sem qualquer tratamento para fins nutricionais, como suplemento alimentar e usos terapêutico e cosmético. Tendo em vista que a maioria dos processos industriais é aeróbico, e, nessa condição, a quantidade de biomassa formada é muito maior, um meio de cultivo constituído somente de extrato de microalgas não seria adequado, pois haveria necessidade de usar altas concentrações de extrato visando dar suporte ao crescimento celular, o que encareceria muito o processo. Adicionalmente, poderia haver carência de elementos essenciais para o crescimento celular de bactérias aeróbicas, como fontes de minerais, incluindo fósforo, potássio, magnésio, manganês, cálcio, entre outros.[026] The medium resulting from this growth, including cells and liquid fraction would be used without any treatment for nutritional purposes, as a food supplement and therapeutic and cosmetic uses. Considering that most industrial processes are aerobic, and, in this condition, the amount of biomass formed is much greater, a cultivation medium consisting only of microalgae extract would not be suitable, as there would be a need to use high concentrations of extract in order to support cell growth, which would make the process much more expensive. Additionally, there could be a lack of essential elements for the cellular growth of aerobic bacteria, such as sources of minerals, including phosphorus, potassium, magnesium, manganese, calcium, among others.
[027] O documento PI 1107211-3 B1 utiliza a microalga de água doce Scenedesmus sp, cujo cultivo é realizado em câmara com sistema tipo biorreatores fechados, em meio apropriado. Para a extração das substâncias de interesse, a biomassa é separada do meio de cultivo, através da centrifugação, seguido de congelamento e liofilização. Dessa forma, a biomassa liofilizada é empregada na preparação dos extratos, através de extração sequencial com solventes em ordem de polaridade, ou utilizando a biomassa na preparação de suspensões. Através dos bioensaios realizados foi identificado o efeito bioestimulante vegetal, ou seja, evidenciou-se o efeito promotor do crescimento das plantas, a partir da utilização de extratos e/ou suspensões obtidos da microalga de água doce Scenedesmus sp.[027] Document PI 1107211-3 B1 uses the freshwater microalgae Scenedesmus sp, whose cultivation is carried out in a chamber with a closed bioreactor system, in an appropriate medium. To extract the substances of interest, the biomass is separated from the cultivation medium through centrifugation, followed by freezing and freeze-drying. Thus, lyophilized biomass is used in the preparation of extracts, through sequential extraction with solvents in order of polarity, or using the biomass in the preparation of suspensions. Through the bioassays carried out, the plant biostimulant effect was identified, that is, the plant growth-promoting effect was evidenced, through the use of extracts and/or suspensions obtained from the freshwater microalgae Scenedesmus sp.
[028] O documento EP0049632B1 prevê o uso do extrato de microalgas no cultivo de células animais, no qual o extrato aquoso é usado na concentração máxima de 0,05%. Para a obtenção do extrato, a suspensão de microalgas em meio aquoso, com ou sem adição de álcali ou ácido, é mantida em temperatura ambiente ou, preferencialmente, há um aquecimento em temperaturas elevadas, sendo a temperatura preferencial de 100 °C de acordo com esse documento. A fração líquida é separada e, opcionalmente, purificada por técnicas adequadas, como gel filtração ou diálise. O uso de temperatura ambiente em contato com as microalgas não é eficiente para seu rompimento e liberação de metabólitos. Se forem adicionados ácido ou base para fazer esse procedimento, há a dificuldade futura de neutralização e consequente salinização do extrato, o que leva à necessidade de diálise para remoção dos sais. O aumento de temperatura envolve aumento de custo e, per se, e sem o emprego de um agente físico de rompimento por abrasão celular associado, não se constitui um método eficiente de rompimento celular, diminuindo a eficiência de remoção de nutrientes orgânicos.[028] Document EP0049632B1 provides for the use of microalgae extract in the cultivation of animal cells, in which the aqueous extract is used at a maximum concentration of 0.05%. To obtain the extract, the suspension of microalgae in an aqueous medium, with or without addition of alkali or acid, is maintained at room temperature or, preferably, heated at high temperatures, the preferred temperature being 100 °C according to this document. The liquid fraction is separated and optionally purified by suitable techniques such as gel filtration or dialysis. The use of room temperature in contact with microalgae is not efficient for their rupture and release of metabolites. If acid or base are added to carry out this procedure, there is future difficulty in neutralizing and consequent salinization of the extract, which leads to the need for dialysis to remove the salts. The increase in temperature involves an increase in cost and, per se, and without the use of an associated physical cell abrasion disruption agent, it does not constitute an efficient method of cell disruption, reducing the efficiency of organic nutrient removal.
[029] O documento EP0067697B1 propõe um método de cultura de células humanas (fibroblastos) mediante um meio de cultura contendo extrato de microalgas, como Chlorella, Scenedesmus ou Spirulina, de modo que não houvesse qualquer alteração morfológica ou genética ao longo das gerações posteriores. Nesse processo, utiliza-se uma fração (fração A1) da patente EP0049632B1, que é um extrato de microalgas, com a adição de soro fetal bovino. Os inventores citam que o efeito do estímulo do metabolismo dos fibroblastos por esses extratos não é claro, apresentando a hipótese de que possam ser compostos de alta massa molar, como glicoproteína e polissacarídeo. Na presente invenção, para cada litro de meio, se utiliza um extrato aquoso de microalga de 0,3 a 400 mg.[029] Document EP0067697B1 proposes a method for culturing human cells (fibroblasts) using a culture medium containing microalgae extract, such as Chlorella, Scenedesmus or Spirulina, so that there is no morphological or genetic change over subsequent generations. In this process, a fraction (fraction A1) of patent EP0049632B1 is used, which is a microalgae extract, with the addition of fetal bovine serum. The inventors mention that the effect of stimulating fibroblast metabolism by these extracts is not clear, presenting the hypothesis that they may be compounds with a high molar mass, such as glycoprotein and polysaccharide. In the present invention, for each liter of medium, an aqueous microalgae extract of 0.3 to 400 mg is used.
[030] A patente EP0067697B1, de forma diferente da presente invenção, utiliza na composição do meio de cultivo material de origem animal (soro fetal bovino), de modo que, ao usar o extrato de microalgas, a intenção foi de prover os fibroblastos com moléculas que estimulassem o metabolismo celular. A concentração utilizada de extrato de microalgas (máximo de 0,04%) evidencia esse efeito de estímulo de metabolismo celular e não uso como fonte de nitrogênio, visto que foi utilizado um meio de cultivo constituído de aminoácidos livres como fonte de nitrogênio, o que é comum em cultivo de células animais, por apresentarem deficiência em produção de proteases extracelulares.[030] Patent EP0067697B1, differently from the present invention, uses material of animal origin (fetal bovine serum) in the composition of the cultivation medium, so that, when using the microalgae extract, the intention was to provide the fibroblasts with molecules that stimulate cellular metabolism. The concentration of microalgae extract used (maximum of 0.04%) highlights this effect of stimulating cellular metabolism and not being used as a source of nitrogen, since a cultivation medium consisting of free amino acids was used as a source of nitrogen, which It is common in animal cell cultures, as they are deficient in the production of extracellular proteases.
[031] Na mesma linha das patentes EP0067697B1 e EP0049632B1, foi sugerida a utilização de extratos de microalgas, como exemplo a Chlorella vulgaris, enriquecido com um fator de crescimento, como substituto de soro em cultivo de linhagens de células de mamíferos de importância biomédica em cultura de células 2D e 3D in vitro, com o subsequente aumento no rendimento da produção de proteína e manutenção do fenótipo de células-tronco (NG et al., 2020). No caso de substituição de soro em cultivo de células animais não se está pensando em fonte de nitrogênio, mas sim em compostos diversos que contribuam para a homeostase celular. Assim, a presente invenção se diferencia deste artigo também, pois o que se almeja é utilizar o extrato de microalgas como fonte de nitrogênio no cultivo de organismos heterotróficos.[031] In the same vein as patents EP0067697B1 and EP0049632B1, it was suggested the use of microalgae extracts, such as Chlorella vulgaris, enriched with a growth factor, as a serum substitute in the cultivation of mammalian cell lines of biomedical importance in 2D and 3D cell culture in vitro, with the subsequent increase in the yield of protein production and maintenance of the stem cell phenotype (NG et al., 2020). In the case of serum replacement in animal cell cultures, we are not thinking about a source of nitrogen, but rather different compounds that contribute to cellular homeostasis. Thus, the present invention also differs from this article, as the aim is to use microalgae extract as a source of nitrogen in the cultivation of heterotrophic organisms.
[032] Em cultivo de células animais para obtenção de carne sintetizada por cultivo (cultured meat), OKAMOTO e colaboradores (2019) aplicaram nutrientes extraídos de microalgas no meio de cultura para o cultivo de células de mamíferos. A glicose era extraída com eficiência da Chlorococcum littorale ou Arthrospira platensis usando ácido sulfúrico, enquanto 18 dos 20 aminoácidos foram extraídos eficientemente de Chlorella vulgaris usando ácido clorídrico. Os melhores resultados de hidrólise foram em temperaturas maiores ou iguais a 100°C. No caso dos açúcares, um excesso de hidrólise em condições extremas pode levar à degradação de açúcares, além de ter sido observado baixa quantidade de glutamina e triptofano no caso da hidrólise ácida. Aplicando hidrólise alcalina para obtenção dos aminoácidos, ficaram ausentes nos extratos os aminoácidos arginina, cistina e histidina.[032] In culturing animal cells to obtain cultured meat, OKAMOTO and collaborators (2019) applied nutrients extracted from microalgae to the culture medium for the cultivation of mammalian cells. Glucose was efficiently extracted from Chlorococcum littorale or Arthrospira platensis using sulfuric acid, while 18 of the 20 amino acids were efficiently extracted from Chlorella vulgaris using hydrochloric acid. The best hydrolysis results were at temperatures greater than or equal to 100°C. In the case of sugars, excess hydrolysis under extreme conditions can lead to sugar degradation, in addition to low amounts of glutamine and tryptophan being observed in the case of acid hydrolysis. Applying alkaline hydrolysis to obtain amino acids, the amino acids arginine, cystine and histidine were absent in the extracts.
[033] Esse trabalho, que teve como foco a liberação tanto de glicose como de aminoácidos livres por meio de tratamento ácido, ou alcalino, uma vez que células animais não são produtoras eficientes de proteases, havendo necessidade de uso de aminoácidos livres em formulações, que não é o caso da presente invenção, onde não se visa liberação de glicose livre, nem se tem como objetivo a liberação de aminoácidos livres, embora na obtenção dos extratos proteicos, com formação de peptonas, possa, eventualmente haver a liberação de aminoácidos nos extratos.[033] This work, which focused on the release of both glucose and free amino acids through acidic or alkaline treatment, since animal cells are not efficient producers of proteases, requiring the use of free amino acids in formulations, which is not the case of the present invention, where the aim is not to release free glucose, nor is the aim to release free amino acids, although in obtaining protein extracts, with the formation of peptones, there may eventually be the release of amino acids in the extracts.
[034] No artigo de Okamoto e colaboradores (2019), não se utilizou o processo de rompimento físico, o que também limita bastante o processo de liberação das proteínas para que possam sofrer o processo de hidrólise. De forma diferente, na presente invenção, propõe-se o uso de rompimento físico em presença de hidrolases, podendo haver adição de nucleases, de forma que as proteínas possam ser facilmente separadas do extrato, por precipitação, por exemplo, e em seguida sofrer tratamento com proteases para obtenção de peptonas.[034] In the article by Okamoto and collaborators (2019), the physical disruption process was not used, which also greatly limits the process of releasing proteins so that they can undergo the hydrolysis process. In a different way, in the present invention, it is proposed to use physical disruption in the presence of hydrolases, with the possibility of adding nucleases, so that the proteins can be easily separated from the extract, by precipitation, for example, and then undergo treatment with proteases to obtain peptones.
[035] Adicionalmente, a hidrólise ácida isolada, que no caso desse artigo por ser mais demorada, embora seja eficiente para obtenção de açúcares e aminoácidos, leva a dificuldades operacionais na purificação dos monômeros para que possa ser usado no processo.[035] Additionally, isolated acid hydrolysis, which in the case of this article takes longer, although it is efficient for obtaining sugars and amino acids, leads to operational difficulties in purifying the monomers so that they can be used in the process.
[036] O documento WO2011013707 descreve método para produção de L-aminoácidos que compreende a preparação de produtos processados de microalgas para uso como fontes de carbono para bactérias produtoras destes, como ácidos graxos, amido, glicose e glicerol, com obtenção destes por tratamentos químicos e/ou com lipases e amilases. No entanto, não há previsão do conteúdo proteico das biomassas das microalgas como fonte de nitrogênio.[036] Document WO2011013707 describes a method for producing L-amino acids that comprises the preparation of processed microalgae products for use as carbon sources for bacteria that produce these, such as fatty acids, starch, glucose and glycerol, obtaining these by chemical treatments and/or with lipases and amylases. However, there is no prediction of the protein content of microalgae biomass as a source of nitrogen.
[037] O documento US 7955833 refere-se a um meio de cultura livre de células de proteína animal compondo combinação peptídeos derivados de hidrolisados de soja e de levedura. A invenção também fornece um processo de cultura livre de proteína animal, em que as células são cultivadas e propagadas sem componentes de origem animal. Esse processo é útil para cultivar células, recombinantes ou infectadas com um vírus e para a produção de produtos biológicos por cultura de células em condições desprovidas de componentes proteicos de origem animal. Tendo em vista que os grãos de soja apresentam essencialmente, a mesma composição proteica, somente com algumas variações em função da variedade utilizada no plantio e das condições de produção, seu uso seria de certa forma limitada se comparado com microrganismos fotossintetizantes, que por serem de vários gêneros e espécies diferentes, apresentam distintas composições proteicas.[037] Document US 7955833 refers to a cell-free animal protein culture medium comprising a combination of peptides derived from soy and yeast hydrolysates. The invention also provides an animal protein-free culture process, in which cells are grown and propagated without components of animal origin. This process is useful for cultivating cells, recombinant or infected with a virus, and for producing biological products by culturing cells in conditions devoid of protein components of animal origin. Considering that soybeans have essentially the same protein composition, with only some variations depending on the variety used in planting and production conditions, their use would be somewhat limited compared to photosynthetic microorganisms, which, as they are of Several different genera and species have different protein compositions.
[038] Nesse sentido, diferente dos ensinamentos do estado da técnica, a presente invenção propõe um extrato proveniente de cianobactérias e/ou microalgas para substituir a proteína animal dos meios de cultura, podendo fazer misturas dos diferentes extratos provenientes de diferentes espécies, para atender a necessidade nutricional do(s) microrganismo(s) a ser(em) cultivado(s).[038] In this sense, different from the teachings of the prior art, the present invention proposes an extract from cyanobacteria and/or microalgae to replace animal protein in culture media, with the possibility of making mixtures of different extracts from different species, to meet the nutritional need of the microorganism(s) to be cultivated.
[039] A presente invenção tem por objetivo propor um processo para obtenção de extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, sendo eles, microalgas e/ou cianobactérias, bem como seu uso como fonte de nitrogênio em substituição à fonte de proteína animal de meios de cultura de organismos heterotróficos, podendo ser bactérias, leveduras, fungos ou células animais. Adicionalmente, a presente invenção tem por objetivo propor a utilização dos organismos heterotróficos produzidos, bem como dos metabólitos produzidos por eles para aplicações industriais, como na produção de vacinas, soros, fármacos e biofármacos, antibióticos de uso humano e/ou animal, antitumorais, biomassa, ácidos orgânicos, solventes, ácidos nucleicos, biossurfactantes, aminoácidos, cosméticos, biofertilizantes, inoculantes agrícolas, fitohormônios, alimentos, ração animal, entre outros.[039] The present invention aims to propose a process for obtaining protein extracts from photosynthetic microorganisms, namely microalgae and/or cyanobacteria, as well as their use as a source of nitrogen replacing the source of animal protein from culture media. heterotrophic organisms, which may be bacteria, yeast, fungi or animal cells. Additionally, the present invention aims to propose the use of the heterotrophic organisms produced, as well as the metabolites produced by them, for industrial applications, such as in the production of vaccines, serums, drugs and biopharmaceuticals, antibiotics for human and/or animal use, antitumor, biomass, organic acids, solvents, nucleic acids, biosurfactants, amino acids, cosmetics, biofertilizers, agricultural inoculants, phytohormones, foods, animal feed, among others.
[040] Para obter uma total e completa visualização do objetivo desta invenção, são apresentadas figuras, às quais se faz referência, conforme a seguir.[040] To obtain a total and complete visualization of the objective of this invention, figures are presented, to which reference is made, as follows.
[041] A Figura 1 apresenta um fluxograma mostrando todas as modalidades abordadas na presente invenção.[041] Figure 1 presents a flowchart showing all the modalities addressed in the present invention.
[042] A Figura 2 apresenta um gráfico da concentração celular de C. vulgaris em função do tempo em cultivo em fotobiorreator tubular por processo semi- contínuo, com fração de corte de 80%. Foram realizados cortes nos instantes 7, 14 e 18 dias.[042] Figure 2 presents a graph of the cellular concentration of C. vulgaris as a function of time in cultivation in a tubular photobioreactor using a semi-continuous process, with a cutoff fraction of 80%. Cuts were made at 7, 14 and 18 days.
[043] A Figura 3 apresenta um gráfico do crescimento de B. atrophaeus ATCC 9372 em meio TSB com inóculo crescido previamente em meio líquido TSB (TSB1), inóculo crescido previamente em meio sólido, em garrafa de Roux, com meio PCA (TSB2) e em meio TSB modificado, com utilização de extrato proteico de microalga como fonte de nitrogênio.[043] Figure 3 shows a graph of the growth of B. atrophaeus ATCC 9372 in TSB medium with inoculum previously grown in TSB liquid medium (TSB1), inoculum previously grown in solid medium, in a Roux bottle, with PCA medium (TSB2) and in modified TSB medium, using microalgae protein extract as a nitrogen source.
[044] A presente invenção refere-se a um processo para obtenção de extratos proteicos de microrganismos fotossintetizantes, principalmente de microalgas e/ou cianobactérias, bem como seu uso como fonte de nitrogênio em substituição à fonte de proteína animal de meios de cultura de organismos heterotróficos, podendo ser bactérias, leveduras, fungos ou células animais, conforme representado na Figura 1.[044] The present invention refers to a process for obtaining protein extracts from photosynthetic microorganisms, mainly microalgae and/or cyanobacteria, as well as their use as a source of nitrogen replacing the source of animal protein from organism culture media heterotrophs, which may be bacteria, yeast, fungi or animal cells, as represented in Figure 1.
[045] De maneira geral, o referido processo da presente invenção compreende as seguintes etapas: (a) Cultivo dos microrganismos fotossintetizantes; (b) Separação das células coletadas; (c) Rompimento Celular; (d) Purificação do Extrato proteico, opcionalmente; e (e) Secagem/liofilização, opcionalmente.[045] In general, said process of the present invention comprises the following steps: (a) Cultivation of photosynthetic microorganisms; (b) Separation of collected cells; (c) Cellular Rupture; (d) Purification of the protein extract, optionally; and (e) Drying/lyophilization, optionally.
[046] O cultivo dos microrganismos fotossintetizantes, modificados geneticamente ou não, pode ser em fotobiorreatores fechados, como tubulares ou de placa plana, ou abertos, como tanques, por exemplo, mas não se limitando a esses tipos de fotobiorreatores, com diferentes sistemas de circulação de células, em condições de esterilidade e/ou assépticas, podendo o cultivo não ser axênico, porém, preferencialmente sem presença de outros microrganismos fotossintetizantes ou com quantidades que não excedam 10% das células totais destes, não admitindo a presença de microrganismos produtores de toxinas.[046] The cultivation of photosynthetic microorganisms, whether genetically modified or not, can be in closed photobioreactors, such as tubular or flat plate, or open, such as tanks, for example, but not limited to these types of photobioreactors, with different systems of circulation of cells, under sterile and/or aseptic conditions, and the cultivation may not be axenic, however, preferably without the presence of other photosynthetic microorganisms or with quantities that do not exceed 10% of their total cells, not admitting the presence of microorganisms producing toxins.
[047] Os fotobiorreatores são iluminados com luz natural ou artificial, preferencialmente natural, e conduzidos em condições fotoautotróficas, mixotróficas ou heterotróficas, preferencialmente fotoautotróficas. As temperaturas podem ser de 20°C a 45°C, preferencialmente de 25°C a 35°C, por diferentes tipos de processo, como descontínuo, descontínuo alimentado e suas variações, processo semi-contínuo e/ou processo contínuo em condições não limitadas de nitrogênio, preferencialmente com meios com concentração de nitrogênio maiores que 0,5 mM, mais preferencialmente ainda, maiores que 2 mM. O valor de pH é preferencialmente controlado em faixa ótima de crescimento do microrganismo fotossintetizante a ser cultivado, que dependendo da espécie, podendo ter valor de pH de crescimento entre 4,0 e 11,0.[047] Photobioreactors are illuminated with natural or artificial light, preferably natural, and conducted under photoautotrophic, mixotrophic or heterotrophic conditions, preferably photoautotrophic. Temperatures can be from 20°C to 45°C, preferably from 25°C to 35°C, for different types of processes, such as batch, fed-batch and its variations, semi-continuous process and/or continuous process under non-continuous conditions. limited nitrogen, preferably with media with nitrogen concentrations greater than 0.5 mM, more preferably greater than 2 mM. The pH value is preferably controlled in the optimal growth range of the photosynthetic microorganism to be cultivated, which depending on the species, may have a growth pH value between 4.0 and 11.0.
[048] No caso das microalgas, como Chlorella vulgaris, por exemplo, o valor de pH ótimo está ente 6,5 e 8,0, e no caso de cianobactérias, como Arthrospira platensis, por exemplo, o valor de pH ótimo está entre 9,0 e 10,0, embora faixas mais estreitas de valor de pH possam ser utilizadas para otimização das condições de crescimento celular. Assim, dependendo da espécie, haverá uma faixa de valor de pH ótimo a ser mantido no meio de cultivo, ou o valor de pH pode ser mantido em um valor fixo para o crescimento ocorrer em condições ótimas.[048] In the case of microalgae, such as Chlorella vulgaris, for example, the optimum pH value is between 6.5 and 8.0, and in the case of cyanobacteria, such as Arthrospira platensis, for example, the optimum pH value is between 9.0 and 10.0, although narrower ranges of pH value can be used to optimize cell growth conditions. Thus, depending on the species, there will be a range of optimal pH value to be maintained in the growing medium, or the pH value can be maintained at a fixed value for growth to occur under optimal conditions.
[049] O controle de pH pode ser feito com álcalis, ou com ácidos, orgânicos ou inorgânicos, preferencialmente com uso de gás carbônico, proveniente de diferentes fontes industriais, incluindo usinas, termoelétricas, indústrias de cimento, não se limitando a estas, preferencialmente através de dispositivo que permita o controle automático de pH. O meio de cultivo pode ser constituído de meios minerais, com diferentes salinidades e valores de pH, com ou sem presença de compostos orgânicos e/ou adição destes, com presença de nutrientes para o crescimento celular, incluindo vitaminas e microelementos. Os sais utilizados na preparação dos meios de cultivo devem ser pelo menos de grau técnico, preferencialmente de grau P.A.[049] pH control can be done with alkalis, or with acids, organic or inorganic, preferably with the use of carbon dioxide, from different industrial sources, including power plants, thermoelectric plants, cement industries, but not limited to these, preferably through a device that allows automatic pH control. The cultivation medium can be made up of mineral media, with different salinities and pH values, with or without the presence of organic compounds and/or the addition of these, with the presence of nutrients for cell growth, including vitamins and microelements. The salts used in the preparation of the cultivation media must be at least technical grade, preferably P.A. grade.
[050] Uma vez o cultivo dos microrganismos fotossintetizantes ter sido realizado, as células coletadas do cultivo, preferencialmente de sua fase final, podem ser separadas por processos físicos e/ou químicos, dentre os quais filtração, com ou sem uso de vácuo, filtração tangencial, centrifugação, floculação, sedimentação, podendo haver combinação destas técnicas, com possibilidade de lavagem das células. As células recuperadas ainda úmidas, preferencialmente, ou que passaram por processo de secagem, são ressuspensas em água, por exemplo, deionizada, destilada, potável, não se limitando a esses tipos de água, ou em meios salinos, preferencialmente tamponados, para serem tratadas por processos de rompimento celular, que poderão ser mecânicos, como rompimento em moinhos de bolas ou reatores, com uso de esferas de vidro, cerâmica, aço inoxidável, ou de outros materiais, rompimento em homogeneizador de alta pressão, rompimento por ultrassom, operados de forma contínua ou descontínua.[050] Once the cultivation of photosynthetic microorganisms has been carried out, the cells collected from the culture, preferably from its final phase, can be separated by physical and/or chemical processes, including filtration, with or without the use of vacuum, filtration tangential, centrifugation, flocculation, sedimentation, and there may be a combination of these techniques, with the possibility of washing the cells. Cells recovered while still wet, preferably, or that have undergone a drying process, are resuspended in water, for example, deionized, distilled, potable, not limited to these types of water, or in saline media, preferably buffered, to be treated by cell disruption processes, which may be mechanical, such as disruption in ball mills or reactors, using glass, ceramic, stainless steel, or other materials spheres, disruption in high-pressure homogenizers, disruption by ultrasound, operated by continuous or discontinuous form.
[051] Alternativamente, podem ser utilizados outros métodos físicos, como emprego de temperatura elevada, preferencialmente acima de 40°C, congelamento e descongelamento, métodos químicos, incluindo a utilização de compostos alcalinos, ácidos, ou detergentes, e/ou enzimáticos para rompimento celular. Esses processos de rompimento celular podem ser usados em conjunto, preferencialmente, isoladamente, ou em sequência, em diferentes ordens. Ainda podem ser usados solventes para extração de lipídios previamente ao processo de rompimento celular.[051] Alternatively, other physical methods can be used, such as using high temperature, preferably above 40°C, freezing and thawing, chemical methods, including the use of alkaline, acid, or detergent compounds, and/or enzymatic compounds for disruption cell phone. These cell disruption processes can be used together, preferably, alone, or in sequence, in different orders. Solvents can still be used to extract lipids prior to the cell disruption process.
[052] A sinergia do tratamento físico das células e o tratamento químico ou enzimático advém da diminuição do tamanho das partículas (“debris celulares”), aumentando a superfície de ação para atuação das enzimas ou ácidos/bases usados na hidrólise de polissacarídeos e/ou ácidos nucleicos, facilitando a separação da fração proteica. Para isso, em casos de rompimentos físicos associados a tratamentos químicos, equipamentos de rompimento físico das células e seus componentes que entrarão em contato com o meio reacional deverão ser construídos com materiais resistentes a ácidos e bases, como ácido inox 316, adicionado preferencialmente de outros metais na liga metálica, como titânio e nióbio, ligas de titânio, silício, zircônio, por exemplo, cerâmicas, não se limitando a esses materiais.[052] The synergy of physical treatment of cells and chemical or enzymatic treatment comes from reducing the size of particles (“cellular debris”), increasing the surface of action for the action of enzymes or acids/bases used in the hydrolysis of polysaccharides and/or or nucleic acids, facilitating the separation of the protein fraction. To this end, in cases of physical disruption associated with chemical treatments, equipment for physical disruption of cells and their components that will come into contact with the reaction medium must be constructed with materials resistant to acids and bases, such as stainless steel 316, preferably added with other metals in the metal alloy, such as titanium and niobium, titanium alloys, silicon, zirconium, for example, ceramics, not limited to these materials.
[053] No caso de tratamentos enzimáticos associados ao rompimento físico, devem ser usadas enzimas termoestáveis, preferencialmente resistentes a temperaturas superiores a 40°C, mais preferencialmente resistentes a temperaturas superiores a 50°C, com possibilidade de uso de equipamentos com controle de temperatura. Embora o uso de biomassa úmida, que pode ser recém coletada do processo de cultivo, ou proveniente de biomassa mantida sob refrigeração, congelada ou não, seja a forma preferencial de obtenção do extrato de microrganismos fotossintetizantes, alternativamente pode ser utilizada biomassa seca, desengordurada ou não, que pode passar pelos mesmos processos utilizados para a obtenção do extrato de biomassa úmida.[053] In the case of enzymatic treatments associated with physical disruption, thermostable enzymes must be used, preferably resistant to temperatures above 40°C, more preferably resistant to temperatures above 50°C, with the possibility of using equipment with temperature control . Although the use of wet biomass, which can be recently collected from the cultivation process, or from biomass kept under refrigeration, frozen or not, is the preferred way of obtaining the extract of photosynthetic microorganisms, alternatively dry, degreased or no, which can go through the same processes used to obtain the wet biomass extract.
[054] O uso de enzimas de degradação (hidrolases) como celulases, hemicelulases, pectinases, lipases, glucanases, manases, quitinases, lisozima, zimolase, isoladas ou na forma de mistura, entre outras, podem ser realizados para aumentar a liberação de proteínas livres no meio de cultivo. Alternativamente, para obtenção de suspensões proteicas mais puras, no processo de rompimento celular, além da adição das hidrolases, podem ser adicionadas nucleases, facilitando a separação das proteínas por precipitação por meio da adição de sais ou por ajuste do pH para diferentes pontos isoelétricos.[054] The use of degradation enzymes (hydrolases) such as cellulases, hemicellulases, pectinases, lipases, glucanases, mannases, chitinases, lysozyme, zymolase, isolated or in the form of a mixture, among others, can be carried out to increase the release of proteins free in the cultivation medium. Alternatively, to obtain purer protein suspensions, in the cell disruption process, in addition to the addition of hydrolases, nucleases can be added, facilitating the separation of proteins by precipitation through the addition of salts or by adjusting the pH to different isoelectric points.
[055] As hidrolases e nucleases devem, preferencialmente, ser adicionadas quando do processo de rompimento físico. Podem ser adicionados surfactantes, de origem sintética ou biológica, preferencialmente de origem biológica, ao processo de rompimento celular físico, bem como tratamento de rompimento celular físico simultaneamente ao tratamento químico ou enzimático para essa finalidade. As proteínas liberadas no meio de cultivo provenientes da etapa de rompimento celular podem ser utilizadas com ou sem purificação, e, alternativamente, pode haver a adição de proteases, preferencialmente de origem microbiana e/ou vegetal, que atuem em valor de pH de 1,0 a 11, para liberação de peptídeos e aminoácidos.[055] Hydrolases and nucleases should preferably be added during the physical disruption process. Surfactants, of synthetic or biological origin, preferably of biological origin, can be added to the physical cell disruption process, as well as physical cell disruption treatment simultaneously with the chemical or enzymatic treatment for this purpose. The proteins released into the culture medium from the cell disruption step can be used with or without purification, and, alternatively, proteases can be added, preferably of microbial and/or vegetable origin, which act at a pH value of 1. 0 to 11, for release of peptides and amino acids.
[056] A purificação pode ser realizada por meio de precipitação com auxílio de adição de sais, como por exemplo, sulfato de amônio ou cloreto de sódio, ou por correção de pH para o ponto isoelétrico das proteínas, peptídeos e/ou aminoácidos, não se limitando a estes métodos de precipitação de materiais proteicos.[056] Purification can be carried out by means of precipitation with the aid of the addition of salts, such as ammonium sulfate or sodium chloride, or by pH correction for the isoelectric point of proteins, peptides and/or amino acids, not limited to these methods of precipitation of protein materials.
[057] No caso da obtenção de extratos ricos em aminoácidos livres, a ação das proteases deve ser preferencialmente em extratos proteicos previamente purificados. Posteriormente, as proteínas, peptídeos e/ou aminoácidos podem opcionalmente sofrer diálise para remoção de sais e serem purificados por diferentes métodos, incluindo filtração tangencial, sistema de duas fases aquosas, cromatografia de troca iônica, cromatografia em gel e/ou cromatografia de afinidade.[057] In the case of obtaining extracts rich in free amino acids, the action of proteases should preferably be on previously purified protein extracts. Subsequently, the proteins, peptides and/or amino acids can optionally undergo dialysis to remove salts and be purified by different methods, including tangential filtration, aqueous two-phase system, ion exchange chromatography, gel chromatography and/or affinity chromatography.
[058] Além disso, uma etapa de precipitação de material genético dos microrganismos fotossintetizantes pode ainda ser incluída usando, por exemplo, processos de precipitação com solventes, como etanol, ou outras substâncias que promovam sua precipitação, ou o material genético pode sofrer tratamento com enzimas (nucleases) ou outros compostos, como álcalis, por exemplo, que levem à sua hidrólise, de modo que fique facilitada a separação do material genético hidrolisado e as proteínas por processos de separação por filtração tangencial. Estes procedimentos podem ocorrer antes ou depois do processo de purificação da fração proteica propriamente dita. Os ácidos nucleicos, após purificação, podem ser utilizados em formulações alimentícias, incluindo aplicações como realçadores de sabor em alimentos.[058] Furthermore, a step of precipitation of genetic material from photosynthetic microorganisms can also be included using, for example, precipitation processes with solvents, such as ethanol, or other substances that promote their precipitation, or the genetic material can undergo treatment with enzymes (nucleases) or other compounds, such as alkalis, for example, that lead to their hydrolysis, so that the separation of the hydrolyzed genetic material and proteins by tangential filtration separation processes is facilitated. These procedures can occur before or after the purification process of the protein fraction itself. Nucleic acids, after purification, can be used in food formulations, including applications as flavor enhancers in foods.
[059] Os extratos proteicos obtidos apresentam preferencialmente baixa quantidade de ácidos nucleicos, preferencialmente menores que 3%, mais preferencialmente menores que 1%, mais preferencialmente ainda menores que 0,5%, isentos de toxinas, com teores proteicos superiores a 30%, mais preferencialmente acima de 40%, mais preferencialmente ainda acima de 50% em relação aos sólidos totais. No entanto, dependendo do microrganismo heterotrófico que venha a ser cultivado e a finalidade do produto a ser produzido, podem ser usados extratos brutos, sem purificação das proteínas e de seus extratos ou com purificação parcial desses compostos.[059] The protein extracts obtained preferably have a low amount of nucleic acids, preferably less than 3%, more preferably less than 1%, more preferably even less than 0.5%, free of toxins, with protein contents greater than 30%, more preferably above 40%, most preferably still above 50% in relation to total solids. However, depending on the heterotrophic microorganism that will be cultivated and the purpose of the product to be produced, crude extracts can be used, without purification of the proteins and their extracts or with partial purification of these compounds.
[060] Também se prevê que possam ser misturados os extratos proteicos de mais de uma espécie de microrganismo fotossintetizante, com ou sem modificação genética, de modo que a mistura dos extratos destes microrganismos possa ser igual ou similar a composição de aminoácidos, bem como a sequência de aminoácidos de proteínas e seus derivados de origem animal ou vegetal, visando suprir os aminoácidos e suas proporções, na forma de peptídeos/proteínas, com ou sem presença de aminoácidos, bem como com ou sem adição de aminoácidos, que atendam a demandas específicas de organismos heterotróficos.[060] It is also expected that protein extracts from more than one species of photosynthetic microorganism can be mixed, with or without genetic modification, so that the mixture of extracts from these microorganisms can be the same or similar in amino acid composition, as well as the amino acid sequence of proteins and their derivatives of animal or vegetable origin, aiming to supply amino acids and their proportions, in the form of peptides/proteins, with or without the presence of amino acids, as well as with or without added amino acids, that meet specific demands of heterotrophic organisms.
[061] A proporção entre os extratos dos microrganismos fotossintetizantes, com ou sem modificação genética, podem variar de 1% a 99%, com adição de no máximo 50% de aminoácidos livres na mistura, obtidos de outras fontes, preferencialmente não sendo de origem animal. Aos extratos proteicos, provenientes de um microrganismo fotossintetizante ou de mais de um microrganismo fotossintetizantes, podem ser adicionados extratos proteicos de origem vegetal, com proporções que podem variar de 1 a 99%, de forma que a mistura possa atender a demandas específicas de organismos heterotróficos.[061] The proportion between the extracts of photosynthetic microorganisms, with or without genetic modification, can vary from 1% to 99%, with the addition of a maximum of 50% of free amino acids in the mixture, obtained from other sources, preferably not of natural origin. animal. To the protein extracts, coming from a photosynthetic microorganism or more than one photosynthetic microorganism, protein extracts of plant origin can be added, with proportions that can vary from 1 to 99%, so that the mixture can meet the specific demands of heterotrophic organisms .
[062] No caso do uso de microrganismos com modificação genética, podem ser construídas sequências de nucleotídeos, incorporadas no DNA da célula ou de organelas, como cloroplasto, por exemplo, ou em plasmídeos, que produzam proteínas, bem como peptídeos, com composição de aminoácidos que atendam a demandas específicas de organismos heterotróficos, com enriquecimento de aminoácidos nessas moléculas, bem como com composição igual ou semelhante a proteínas de origem animal e seus derivados.[062] In the case of using microorganisms with genetic modification, nucleotide sequences can be constructed, incorporated into the DNA of the cell or organelles, such as chloroplast, for example, or in plasmids, which produce proteins, as well as peptides, with a composition of amino acids that meet the specific demands of heterotrophic organisms, with an enrichment of amino acids in these molecules, as well as with the same or similar composition to proteins of animal origin and their derivatives.
[063] Particularmente, espera-se que os compostos produzidos por estes microrganismos tenham composições similares às peptonas de origem das proteínas de leite, podendo ser produzidas diferentes peptonas por diferentes microrganismos fotossintetizantes geneticamente modificados ou por apenas um.[063] In particular, it is expected that the compounds produced by these microorganisms will have compositions similar to the peptones of milk protein origin, and different peptones may be produced by different genetically modified photosynthetic microorganisms or by just one.
[064] Em qualquer condição que seja obtido o material proteico proveniente dos microrganismos fotossintetizantes, denominado extrato proteico, ele pode passar por processos para aumentar sua concentração ou não, podendo ser aplicados processos posteriores de secagem, natural e/ou artificial, em tambores, túneis de secagem, bandejas, com ou sem pressão reduzida, com ou sem circulação de ar, gases inertes e/ou vapor aquecido.[064] In any condition in which the protein material from photosynthetic microorganisms, called protein extract, is obtained, it may undergo processes to increase its concentration or not, and subsequent drying processes, natural and/or artificial, in drums may be applied, drying tunnels, trays, with or without reduced pressure, with or without air circulation, inert gases and/or heated steam.
[065] Adicionalmente, o extrato proteico pode ser seco por liofilização ou secagem por atomização (spray drying), preferencialmente, podendo ser utilizados outros processos de secagem. O extrato proteico pode passar por processo de moagem e tamisação para uniformização da granulometria.[065] Additionally, the protein extract can be dried by freeze-drying or spray drying, preferably, and other drying processes can be used. The protein extract can go through a grinding and screening process to standardize the particle size.
[066] Na purificação do extrato proteico, há a possibilidade de realizar a separação dos ácidos nucleicos proveniente da biomassa. A separação da fração de ácidos nucleicos da fração proteica pode ser feita por precipitação da fração proteica ou da fração de ácidos nucleicos, preferencialmente da fração proteica, ou pela adição de nucleases para liberação de ácidos nucleicos e nucleotídeos provenientes da hidrólise de DNA e RNA dos microrganismos fotossintetizantes, que podem ser separados facilmente da fração proteica por precipitação desta ou por meio de tratamento com membranas filtrantes. Estes ácidos nucleicos, após purificação, podem ser utilizados em formulações alimentícias, incluindo aplicações como realçadores de sabor em alimentos.[066] When purifying the protein extract, there is the possibility of separating the nucleic acids from the biomass. The separation of the nucleic acid fraction from the protein fraction can be done by precipitation of the protein fraction or the nucleic acid fraction, preferably the protein fraction, or by the addition of nucleases to release nucleic acids and nucleotides from the hydrolysis of DNA and RNA from the photosynthetic microorganisms, which can be easily separated from the protein fraction by precipitation or through treatment with filter membranes. These nucleic acids, after purification, can be used in food formulations, including applications as flavor enhancers in foods.
[067] Uma vez obtido, o extrato proteico é utilizado como fonte de nitrogênio em cultivo de organismos heterotróficos, modificados geneticamente ou não, podendo ser a única fonte de nitrogênio no meio de cultivo, sendo de um único microrganismo fotossintetizante ou da mistura de mais de um microrganismo fotossintetizante, em diferentes proporções.[067] Once obtained, the protein extract is used as a source of nitrogen in the cultivation of heterotrophic organisms, whether genetically modified or not, and may be the only source of nitrogen in the cultivation medium, whether from a single photosynthetic microorganism or from a mixture of more of a photosynthetic microorganism, in different proportions.
[068] O cultivo de organismos heterotróficos poderá ter a adição de outras fontes de nitrogênio visando suprir um ou mais aminoácidos, ácidos nucleicos, que podem, alternativamente, serprovenientes de fontes de nitrogênio complexas, como extrato de bactérias, extrato de levedura, água de maceração de milho, purificadas ou não. Ureia e/ou fontes de nitrogênio inorgânicas podem complementar o extrato proteico no crescimento dos organismos heterotróficos. Particularmente, no caso de cultivo de células para obtenção de vacinas e biofármacos, preferencialmente, as fontes de nitrogênio complexas complementares não são de origem animal.[068] The cultivation of heterotrophic organisms may include the addition of other sources of nitrogen in order to supply one or more amino acids, nucleic acids, which may, alternatively, come from complex nitrogen sources, such as bacterial extract, yeast extract, water corn maceration, purified or not. Urea and/or inorganic nitrogen sources can complement the protein extract in the growth of heterotrophic organisms. Particularly, in the case of cell cultivation to obtain vaccines and biopharmaceuticals, preferably, the complementary complex nitrogen sources are not of animal origin.
[069] Os extratos podem ser adicionados em teores, considerando sua base seca, em valores de 0,01% a 30%, mais preferencialmente, na faixa de 0,1% a 15%, mais preferencialmente ainda na faixa de 1% a 10%.[069] The extracts can be added in levels, considering their dry basis, in values from 0.01% to 30%, more preferably, in the range of 0.1% to 15%, more preferably still in the range of 1% to 10%.
[070] Outros nutrientes, como fontes de carbono orgânicas, preferencialmente monossacarídeos e dissacarídeos, mais preferencialmente monossacarídeos, vitaminas e sais minerais, como fontes de fósforo, na forma de ácido fosfórico ou sais de fósforo, cálcio, potássio, entre outros, e micronutrientes podem ser constituintes do meio de cultivo, independentemente do tipo de processo de cultivo empregado (descontínuo, descontínuo alimentado, semi-contínuo, contínuo e suas variações).[070] Other nutrients, such as organic carbon sources, preferably monosaccharides and disaccharides, more preferably monosaccharides, vitamins and mineral salts, such as phosphorus sources, in the form of phosphoric acid or salts of phosphorus, calcium, potassium, among others, and micronutrients they can be constituents of the cultivation medium, regardless of the type of cultivation process used (batch, fed-batch, semi-continuous, continuous and their variations).
[071] O meio de cultivo contendo o extrato proteico pode ser esterilizado já com este em sua composição, ou pode haver uma esterilização em separado da fonte de nitrogênio e outros constituintes do meio de cultivo, particularmente fonte de carbono orgânica, para evitar reação de Maillard.[071] The culture medium containing the protein extract can be sterilized with it already in its composition, or there can be a separate sterilization of the nitrogen source and other constituents of the culture medium, particularly an organic carbon source, to avoid a chemical reaction. Maillard.
[072] Os processos de cultivo podem ser preferencialmente sob condições assépticas ou de esterilidade, embora possa haver a possibilidade de cultivo com presença de outros organismos, ser aeróbios ou anaeróbios, com ou sem adição de antiespumantes, com pressão positiva ou negativa nos biorreatores, com ou sem borbulhamento de gases, como nitrogênio, ar, oxigênio, misturas de oxigênio e ar, com valores de pH de 2,5 a 11,0, preferencialmente entre 4,0 a 9,0, mais preferencialmente ainda entre 5,5 e 8,0. O crescimento será em temperaturas de 20°C a 65°C, mais preferencialmente entre 25°C e 45°C, mais preferencialmente ainda entre 28°C e 37°C. Esses valores de pH e temperatura devem atender a condições que permitam o crescimento ótimo dos organismos heterotróficos.[072] The cultivation processes can preferably be under aseptic or sterile conditions, although there may be the possibility of cultivation with the presence of other organisms, be aerobic or anaerobic, with or without the addition of antifoams, with positive or negative pressure in the bioreactors, with or without bubbling of gases, such as nitrogen, air, oxygen, mixtures of oxygen and air, with pH values of 2.5 to 11.0, preferably between 4.0 and 9.0, more preferably between 5.5 and 8.0. Growth will be at temperatures of 20°C to 65°C, more preferably between 25°C and 45°C, most preferably between 28°C and 37°C. These pH and temperature values must meet conditions that allow the optimal growth of heterotrophic organisms.
[073] Durante o cultivo, preferencialmente no final deste, o organismo heterotrófico será preferencialmente separado do meio de cultivo residual, e as células produzidas e/ou meio de cultivo serão utilizados para a recuperação do produto de interesse, podendo ser utilizados diferentes processos para esta finalidade, incluindo processos físicos, químicos e/ou enzimáticos, em diferentes combinações e etapas. As moléculas de interesse poderão ser purificadas e/ou modificadas, dependendo da finalidade de uso.[073] During cultivation, preferably at the end of it, the heterotrophic organism will preferably be separated from the residual culture medium, and the cells produced and/or culture medium will be used to recover the product of interest, different processes may be used to this purpose, including physical, chemical and/or enzymatic processes, in different combinations and stages. The molecules of interest may be purified and/or modified, depending on the purpose of use.
[074] Por fim, a presente invenção propõe a utilização dos organismos heterotróficos produzidos, bem como dos metabólitos produzidos por eles para aplicações industriais, como na produção de vacinas, soros, fármacos e biofármacos, antibióticos de uso humano e/ou animal, antitumorais, biomassa, ácidos orgânicos, solventes, ácidos nucleicos, biossurfactantes, aminoácidos, cosméticos, biofertilizantes, inoculantes agrícolas, fitohormônios, alimentos, ração animal, entre outros.[074] Finally, the present invention proposes the use of the heterotrophic organisms produced, as well as the metabolites produced by them for industrial applications, such as in the production of vaccines, serums, drugs and biopharmaceuticals, antibiotics for human and/or animal use, antitumor , biomass, organic acids, solvents, nucleic acids, biosurfactants, amino acids, cosmetics, biofertilizers, agricultural inoculants, phytohormones, foods, animal feed, among others.
[075] Os exemplos a seguir têm o intuito apenas de ilustrar, sem limitar o escopo da presente invenção. Quaisquer variações passíveis de serem realizadas por um técnico no assunto devem ser consideradas como dentro do escopo da presente invenção.[075] The following examples are intended only to illustrate, without limiting the scope of the present invention. Any variations capable of being carried out by a person skilled in the art must be considered to be within the scope of the present invention.
[076] A microalga Chlorella vulgaris, utilizada como exemplo de microrganismo fotossintetizante, foi mantida em meio líquido de cultivo padrão Bold.[076] The microalgae Chlorella vulgaris, used as an example of a photosynthetic microorganism, was maintained in standard Bold liquid culture medium.
[077] O Bacillus atrophaeus ATCC 9372, utilizado como exemplo de organismo heterotrófico, foi mantido em solução de acetato de cálcio 0,2 M, em forma de suspensão matriz.[077] Bacillus atrophaeus ATCC 9372, used as an example of a heterotrophic organism, was maintained in a 0.2 M calcium acetate solution, in the form of a matrix suspension.
[078] O Meio padrão (Bold) (BISCHOFF, Harry William, BOLD, Harold C. Some Soil Algae from Enchanted Rock and Related Algal Species. Austin, Tex: University of Texas, Phycological Studies, n. IV, 1963) foi utilizado para o crescimento de Chlorella vulgaris.[078] Standard Medium (Bold) (BISCHOFF, Harry William, BOLD, Harold C. Some Soil Algae from Enchanted Rock and Related Algal Species. Austin, Tex: University of Texas, Phycological Studies, n. IV, 1963) was used for the growth of Chlorella vulgaris.
[079] O Meio padrão Tryptic Soy Broth (TSB) foi utilizado para o cultivo do Bacillus atrophaeus ATCC 9372. O meio TSB contém peptonas de origem animal.[079] Standard Tryptic Soy Broth Medium (TSB) was used for the cultivation of Bacillus atrophaeus ATCC 9372. The TSB medium contains peptones of animal origin.
[080] O Meio TSB modificado, com extrato proteico de microalga, ao invés das peptonas do meio TSB padrão (peptonas de caseína e de soja), para o cultivo de Bacillus atrophaeus ATCC 9372.[080] The modified TSB Medium, with microalgae protein extract, instead of the peptones from the standard TSB medium (casein and soy peptones), for the cultivation of Bacillus atrophaeus ATCC 9372.
[081] O preparo de inóculo de Chlorella vulgaris foi realizado em frascos Erlenmeyer com capacidade de 500 mL, adicionando-se 20mL do inóculo fixado em 4000mg.L-1da microalga em 180 mL de meio Bold, incubando-se a 25 °C a 110 rpm por até 10 dias, com intensidade luminosa de 80 (± 10) μmol fótons.m-2.s-1.[081] The preparation of Chlorella vulgaris inoculum was carried out in Erlenmeyer flasks with a capacity of 500 mL, adding 20 mL of the inoculum fixed at 4000 mg.L-1 of microalgae in 180 mL of Bold medium, incubating at 25 °C at 110 rpm for up to 10 days, with a light intensity of 80 (± 10) μmol photons.m-2.s-1.
[082] O cultivo de Chlorella vulgaris foi realizado em um fotobiorreator tubular com capacidade 35 L a 25° C, sendo o inóculo obtido nas condições indicadas no preparo do inóculo. A cultura foi movimentada por um sistema de air lift, o pH foi mantido em 7,5 ± 0,5 e intensidade luminosa de 40 (± 10) μmol fótons m-2.s-1, por até 50 dias em processo semi-contínuo, utilizando meio Bold.[082] The cultivation of Chlorella vulgaris was carried out in a tubular photobioreactor with a capacity of 35 L at 25° C, with the inoculum obtained under the conditions indicated in the preparation of the inoculum. The culture was moved by an air lift system, the pH was maintained at 7.5 ± 0.5 and light intensity of 40 (± 10) μmol photons m-2.s-1, for up to 50 days in a semi- continuous, using Bold medium.
[083] Após o cultivo da microalga, a biomassa foi centrifugada a 4000 rpm por 30 minutos e lavou-se a biomassa com água deionizada para a remoção dos sais. Adicionou-se água deionizada novamente, e as células dessa suspensão foram rompidas com pérolas de vidro de 1 mm e agitação vigorosa por 50 minutos. As pérolas foram removidas e a suspensão foi seca em estufa de circulação forçada a 60 °C, e, por fim, a biomassa foi triturada com o auxílio de almofariz e pistilo.[083] After cultivating the microalgae, the biomass was centrifuged at 4000 rpm for 30 minutes and the biomass was washed with deionized water to remove salts. Deionized water was added again, and the cells in this suspension were disrupted with 1 mm glass beads and vigorously shaken for 50 minutes. The pearls were removed and the suspension was dried in a forced circulation oven at 60 °C, and finally, the biomass was crushed with the aid of a mortar and pestle.
[084] Foram realizados dois cultivos em meio padrão de Bacillus atrophaeus, a 37 °C, a 150 rpm, por 24 horas, sendo que no primeiro cultivo as bactérias cresceram previamente também em meio líquido TSB e no segundo cultivo as bactérias cresceram previamente em meio sólido PCA, com a suspensão de esporos obtida pela remoção das células com pérola de vidro e ressuspensão em solução fisiológica. Os cultivos, em triplicata, foram realizados em frascos Erlenmeyer com capacidade de 250 mL. No caso do meio modificado, prepararam-se 100 mL de meio de cultura teste com a composição semelhante ao do TSB, porém com a fonte de proteína substituída pelo extrato de Chlorella vulgaris, em quantidade equivalente de nitrogênio orgânico, incubando-se a 37 °C, a 150 rpm, por 24 horas, e comparados aos cultivos padrão (meio TSB).[084] Two cultures were carried out in standard Bacillus atrophaeus medium, at 37 °C, at 150 rpm, for 24 hours, and in the first culture the bacteria also previously grew in TSB liquid medium and in the second culture the bacteria previously grew in PCA solid medium, with the spore suspension obtained by removing the cells with a glass bead and resuspension in physiological solution. The cultures, in triplicate, were carried out in Erlenmeyer flasks with a capacity of 250 mL. In the case of the modified medium, 100 mL of test culture medium was prepared with a composition similar to that of TSB, but with the protein source replaced by Chlorella vulgaris extract, in an equivalent amount of organic nitrogen, incubating at 37 ° C, at 150 rpm, for 24 hours, and compared to standard cultures (TSB medium).
[085] As contagens bacterianas foram realizadas por diluições seriadas em solução de cloreto de sódio 0,9 % em que alíquotas de 1 mL, foram transferidas para placas de Petri e, em seguida, foram adicionados 20 mL de PCA, sendo que as placas foram incubadas em estufas a 37 °C por 48 horas, após solidificação do meio. Após as 48 horas, realizou-se a contagem considerando as placas que apresentaram até 300 UFC.mL-1. RESULTADOS OBTIDOS[085] Bacterial counts were carried out by serial dilutions in 0.9% sodium chloride solution in which 1 mL aliquots were transferred to Petri dishes and then 20 mL of PCA were added, with the plates were incubated in ovens at 37 °C for 48 hours, after the medium solidified. After 48 hours, the count was carried out considering the plates that presented up to 300 UFC.mL-1. RESULTS OBTAINED
[086] Os cultivos de Chlorella vulgaris foram conduzidos por processo semi-contínuo em fotobiorreator de 35 L, com fração de corte de 80%. Os valores de concentração celular durante os ciclos do processo semi-contínuo variaram entre 0,22 g.L-1e 1,46 g.L-1(Figura 2), e o processo se mostrou estável, sem tendência de queda de concentração celular entre um ciclo e outro.[086] Chlorella vulgaris cultivations were carried out using a semi-continuous process in a 35 L photobioreactor, with a cutoff fraction of 80%. The cell concentration values during the cycles of the semi-continuous process varied between 0.22 g.L-1 and 1.46 g.L-1 (Figure 2), and the process proved to be stable, with no tendency for cell concentration to drop between one cycle and other.
[087] Após a etapa de crescimento celular, as células foram recuperadas para a obtenção dos extratos proteicos de microalgas, conforme relatado anteriormente (item “Preparo do extrato microalgal”). O teor proteico do extrato proteico microalgal seco foi de 14,03 % ± 0,16 % e do meio TSB seco foi de 49,10 % ± 2,61 %, de modo que no meio TSB modificado foi incluída a concentração de extrato de 104,8 g.L-1para suprir a mesma concentração proteica do meio TSB.[087] After the cell growth stage, the cells were recovered to obtain protein extracts from microalgae, as previously reported (item “Preparation of the microalgal extract”). The protein content of the dry microalgal protein extract was 14.03% ± 0.16% and of the dry TSB medium was 49.10% ± 2.61%, so that in the modified TSB medium the concentration of microalgal extract was included. 104.8 g.L-1 to supply the same protein concentration as the TSB medium.
[088] Testou-se o crescimento Bacillus atrophaeus ATCC 9372 em meio de cultivo com extrato de Chlorella vulgaris (extrato proteico microalgal), tendo como parâmetro de comparação o crescimento desta bactéria em meio TSB, seja proveniente de inóculo crescido previamente em meio líquido TSB (TSB1) ou inóculo crescido previamente em meio sólido, em garrafa de Roux, com meio PCA (TSB2) (Figura 3).[088] The growth of Bacillus atrophaeus ATCC 9372 was tested in a culture medium with Chlorella vulgaris extract (microalgal protein extract), using as a comparison parameter the growth of this bacteria in TSB medium, whether from an inoculum previously grown in TSB liquid medium. (TSB1) or inoculum previously grown on solid medium, in a Roux bottle, with PCA medium (TSB2) (Figure 3).
[089] Em TSB1, meio padrão no qual o Bacillus atrophaeus ATCC 9372 foi pré-adaptado ao meio TSB, ao inocular uma população 102UFC.mL-1, a bactéria imediatamente cresceu exponencialmente até 8 h de cultivo, atingindo população máxima de 3,7 x 108UFC.mL-1em 24 horas, obtendo- se velocidade específica de crescimento máxima (μm) de 1,57 h-1. Entretanto, na substituição das peptonas por extrato de Chlorella vulgaris, a bactéria precisou de 6 horas para se adaptar, no qual cresceu exponencialmente até 12 h de cultivo, e atingiu uma população máxima de 1,9 x 107UFC.mL- 1em 24 horas. Seu valor de μm foi de 1,25 h-1.[089] In TSB1, a standard medium in which Bacillus atrophaeus ATCC 9372 was pre-adapted to the TSB medium, when inoculating a 102CFU.mL-1 population, the bacteria immediately grew exponentially up to 8 h of cultivation, reaching a maximum population of 3. 7 x 108CFU.mL-1 in 24 hours, obtaining a maximum specific growth rate (μm) of 1.57 h-1. However, when replacing peptones with Chlorella vulgaris extract, the bacteria needed 6 hours to adapt, in which it grew exponentially up to 12 hours of cultivation, and reached a maximum population of 1.9 x 107CFU.mL- 1 in 24 hours. Its μm value was 1.25 h-1.
[090] Por outro lado, os experimentos realizados indicam que a substituição das peptonas do meio TSB por proteínas microalgais é uma boa alternativa, pois os crescimentos com as células não adaptadas previamente em meio TSB (experimento TSB2) e os crescimentos com extrato de Chlorella vulgaris levaram a crescimentos celulares equivalentes (Figura 3) (p = 0,513). Em ambos os casos, houve fase lag, sendo mais pronunciada no meio com extrato da microalga, o que poderia ser evitado com o crescimento prévio das células nesse meio.[090] On the other hand, the experiments carried out indicate that replacing the peptones in the TSB medium with microalgal proteins is a good alternative, as growth with cells not previously adapted in TSB medium (TSB2 experiment) and growth with Chlorella extract vulgaris led to equivalent cell growth (Figure 3) (p = 0.513). In both cases, there was a lag phase, which was more pronounced in the medium with microalgae extract, which could be avoided with prior growth of the cells in this medium.
[091] Quando se cultivou previamente o inóculo de Bacillus atrophaeus em meio TSB (experimento TSB1), não houve fase lag de crescimento, o que se deve provavelmente ao fato de as células estarem previamente adaptadas ao meio antes de seu crescimento, o que pode ter proporcionado a obtenção de maior crescimento celular em comparação com o crescimento do cultivo com extrato microalgal (p = 0,000).[091] When the Bacillus atrophaeus inoculum was previously cultivated in TSB medium (TSB1 experiment), there was no lag phase of growth, which is probably due to the fact that the cells were previously adapted to the medium before their growth, which can have provided greater cell growth compared to growth from cultivation with microalgal extract (p = 0.000).
[092] No entanto, em comparação das concentrações celulares finais obtidas com o extrato proteico microalgal e nos meios TSB, não houve diferença estatística (p = 0,121), reforçando a ideia de que o extrato proteico microalgal poderia ser usado como fonte de proteínas, o que seria particularmente importante em produção de vacinas e biofármacos, onde é conveniente a substituição de proteínas animais por outras fontes proteicas.[092] However, in comparison of the final cellular concentrations obtained with the microalgal protein extract and in TSB media, there was no statistical difference (p = 0.121), reinforcing the idea that the microalgal protein extract could be used as a source of proteins, which would be particularly important in the production of vaccines and biopharmaceuticals, where it is convenient to replace animal proteins with other protein sources.
[093] Embora a invenção tenha sido amplamente descrita, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que as referidas alterações não estejam cobertas pelo escopo da invenção.[093] Although the invention has been extensively described, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without said changes falling within the scope of the invention.
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