A Investigação na Escola Superior de Biotecnologia

A Escola Superior de Biotecnologia da Universidade Católica (ESB) conta com o seu próprio centro de investigação, o CBQF - Centro de Biotecnologia e Química Fina, criado em 1991. O CBQF é uma instituição científico-tecnológica com projeção nacional e internacional, classificada com Muito Bom nas três últimas avaliações internacionais promovidas pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia e que desde 2004 tem sido reconhecido como Laboratório Associado do Estado. A sua missão é desenvolver de forma sistemática, e difundir para o tecido económico e social, conhecimento de fronteira em áreas de grande relevância para o país e para a saúde e bem-estar dos cidadãos.

As atividades de investigação e desenvolvimento do CBQF têm vindo a ser suportadas por projetos financiados por programas nacionais (POCTI, POCI, AGRO, ADI, etc) e europeus (LIFE-ENV, FAIR, CRAFT, ICCTI, BRITE, Quality of Life Key Action, Human Research Potential, AAIR e STD3, entre outros). Estes projetos, de tipologia diversa e enquadrados nas linhas de atuação do CBQF, incluem quase sempre equipas multi-institucionais, com parcerias com outros centros de investigação, universidades ou empresas nacionais ou estrangeiros. Atualmente a ESB e o CBQF são parceiros em cerca de 40 redes de cooperação em ensino e/ou investigação, liderando algumas de grande dimensão, como o ISEKI Food 3 que conta com mais de 100 membros. Existe ainda uma forte interação com autarquias, escolas e cidadão, visando a formação e informação para a cidadania. Neste contexto realçam-se iniciativas como a criação do Centro Regional de Excelência em Educação para o Desenvolvimento Sustentável da Área Metropolitana do Porto, e diversas ações de divulgação pública da ciência.

Em números, o CBQF apresenta o seguinte retrato:

  • cerca de 100 investigadores no total
  • 41 investigadores doutorados
  • 16 investigadores em pós-doutoramento
  • 40 alunos de doutoramento
  • 25 bolseiros em projetos de investigação
  • 35 projetos de investigação em curso
  • 300 publicações científicas indexadas (nos últimos 5 anos)
  • 3 contratos de exploração de propriedade intelectual
  • 6 patentes

Abaixo apresentam-se de forma necessariamente resumida alguns dos projetos e áreas de investigação representativos do trabalho em curso ou desenvolvido nos últimos anos:

 

 

Voltar ao topo

 

Structured Program on Bioengineered Therapies for Infectious Diseases and Tissue Regeneration
Código do projeto: NORTE-01-0145-FEDER-000012
Objetivo principal: Reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação
Região de intervenção: Norte
Entidade beneficiária: UCP – Universidade Católica Portuguesa
Data de aprovação: 08-04-2016
Data de início: 01-05-2016
Data de conclusão: 30-04-2019
Custo total elegível: 255,000 EUR
Apoio financeiro da União Europeia: 216,750 EUR
Apoio financeiro público nacional/regional: 38,250 EUR

Objetivos, atividades e resultados esperados/atingidos:
The current Program aims to understand and decipher the complex crosstalk that takes place between the host immune system and foreign entities, namely pathogens and bioengineered materials, with the final goal of proposing new combinatorial therapeutic strategies to fight disease and improve patients quality of life. By combining knowledge and expertise in different fields and encompassing research in several related and complementary areas, it represents a unique opportunity to tackle complex problems on infection, immunity and tissue repair.

 

 

 

PRODUÇÃO DE MINI-ANTICORPOS

Os anticorpos são uma importante classe de fármacos na luta contra várias patologias, como doenças auto-imunes e cancros. Para além disso, eles são também muito utilizados em ensaios analíticos. A tecnologia original de produção em laboratório de anticorpos (monoclonais) data da década de 70 do século passado. Ela é muito demorada, complexa e dispendiosa. Desde há alguns anos tenta-se obter fragmentos desses anticorpos, que contenham as partes responsáveis pela sua atividade, por métodos mais rápidos e menos caros. Para tal, usam-se as ferramentas da engenharia genética e práticas da microbiologia. Os genes desses fragmentos (ou mini-anticorpos) são isolados, colocados em vectores apropriados e estes depois inseridos em bactérias ou leveduras. Estes microrganismos, como crescem rapidamente e em meios não muito exigentes, produzem os fragmentos de um modo expedito.

Na ESB tem decorrido investigação para produção de mini-anticorpos para fins diversos. A primeira aplicação foi o desenvolvimento de uma potencial terapia para uma doença genética particularmente comum em Portugal - a paramiloidose familiar, vulgarmente conhecida por «doença dos pezinhos». Num outro projeto isolaram-se mini-anticorpos que se ligam ao antibiótico ciprofloxacina. Este fármaco é muito utilizado em saúde humana e animal e a sua eliminação para o ambiente constitui um problema. Os mini-anticorpos são utilizados em testes rápidos de deteção e quantificação de ciprofloxacina em diferentes meios, como águas, solos ou carnes de animais.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

PAPEL DOS FUNGOS ARBUSCULARES MICORRÍZICOS NA FITORREMEDIAÇÃO DE SOLOS DEGRADADOS - FERRAMENTAS SUSTENTÁVEIS DE RECUPERAÇÃO

De acordo com um a Agência Europeia do Ambiente, a recuperação de solos degradados pode tornar-se a "prioridade do século para a sustentabilidade"; e globalmente, cerca de. 2 mil milhões de ha de solo sofrem de degradação antropogénica. Em Portugal, solos em zonas industriais foram alvo de degradação ambiental considerável, e vários locais encontram-se contaminados com metais pesados e sob variados tipos de stress químico e/ou físico.

A fitorrestauração consiste no uso de plantas para recuperação de ecossistemas degradados e tem como objetivos aumentar a biodiversidade, aumentar as populações e distribuição das espécies e melhorar o funcionamento dos ecossistemas. A fitorremediação é uma tecnologia biológica emergente, que se baseia no uso de plantas, e no vasto potencial da flora microbiana associada, para o tratamento de locais contaminados. Esta tecnologia baseia-se essencialmente no princípio de que o estabelecimento das plantas acelera o processo de atenuação natural de poluição.

Os fungos arbusculares micorrízicos (FAMs) são microrganismos do solo com grande importância ecológica, que formam associações simbióticas com a maioria das plantas terrestres, a que se dá o nome de micorrizas.

20
Raiz de planta colonizada por fungos arbusculares micorrízicos (esquerda) e esporos de Glomus intraradices (direita).

Estas simbioses são caracterizadas por um movimento bidirecional de nutrientes em que o fungo recebe hidratos de carbono produzidos por fotossíntese pela planta e esta recebe nutrientes inorgânicos do solo captados pelo fungo. São vários os benefícios destas associações para as plantas, justificando o seu interesse biotecnológico.

Em solos degradados, as ações dos FAMs podem levar a um aumento do crescimento e a uma melhor reprodução das plantas. As plantas micorrizadas são geralmente mais competitivas e mais tolerantes a stresses ambientais do que as não micorrizadas, já que a presença de micorrizas pode reduzir os impatos negativos nas plantas causados por falta ou excesso de nutrientes e água, estruturas adversas de solos, pHs extremos, salinidade elevada e exposição a poluentes.

21
Vista de sedimento de pH elevado (esquerda, em baixo) e efeito da inoculação com Glomus intraradices e Frankia sp. no crescimento de Alnus glutinosa nesse mesmo sedimento (o tabuleiro mais à direita contém as plantas inoculadas).

Estudos em laboratório e em campo realizados pela ESB/CBQF mostraram que a inoculação com FAMs adaptados a condições de stress e capazes de formar micorrizas com as plantas alvo e com bactérias fixadoras de azoto pode constituir uma ferramenta biotecnológica vantajosa em processos de fitorrestauração e fitorremediação de ecossistemas degradados.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

BACTÉRIAS EM SOLOS CONTAMINADOS - UMA PERSPETIVA DE BIORREMEDIAÇÃO

A contaminação do meio ambiente por metais pesados constitui um grande problema ambiental, não só devido à sua toxicidade para todos os organismos, em particular para o Homem, como também pela sua elevada persistência no ecossistema.

Os metais pesados não são passíveis de serem transformados em compostos menos tóxicos, podendo permanecer indefinidamente no meio ambiente, provocando um efeito cumulativo e dificultando a recuperação dos ambientes contaminados. Na maioria dos países industrializados a contaminação por metais tem sido motivo de grande preocupação sobretudo nas áreas com maior densidade populacional. Além da contaminação natural resultante de processos geológicos, a contaminação do meio ambiente com metais pesados tem origem em diversas fontes antropogénicas. De entre essas fontes destacam-se os depósitos de lixos industriais e/ou domésticos que podem contaminar o meio ambiente circundante devido a processos de lixiviação; descargas de efluentes resultantes da indústria metalúrgica e fundições; exploração de minas e a aplicação directa nos solos de compostos com elevadas concentrações de metais, como é o caso das lamas residuais, fertilizantes e pesticidas.

As concentrações elevadas de metais pesados nos solos podem afectar qualitativa e quantitativamente a composição das comunidades microbianas, uma vez que afetam adversamente o seu crescimento, morfologia e metabolismo, resultando num decréscimo da biomassa e diversidade. Deste modo, os microrganismos desenvolveram diversos mecanismos de tolerância/resistência. Entre eles podemos distinguir: o transporte ativo do ião metálico da célula para o exterior - sistemas de efluxo, a sequestração intracelular por ligação a péptidos específicos e a ácidos orgânicos, a sequestração extracelular e a redução do ião metálico numa forma menos tóxica por ação enzimática.

39
Esquema representativo dos principais mecanismos de tolerância nas bactérias.
M2+ - Catião pesado; X - Constituintes da célula que interagem com os metais

Isolamento de bactérias com elevada tolerância e capacidade de remoção de metais

Alguns locais da zona industrial de Estarreja sofrem de contaminação por metais pesados, fruto de práticas ambientais inadequadas no passado, e tem sido objeto de estudo da ESB/CBQF. Foi realizado um estudo de diversidade bacteriana que permitiu recolher 320 isolados. Embora se tenha observado uma grande diversidade nas populações analisadas, verificou-se que a maioria dos isolados ficaram agrupados num pequeno número de géneros. A análise filogenética indicou a presença de uma comunidade microbiana bem adaptada às condições particulares desta área, tendo-se verificado também que alguns dos membros destes grupos são tipicamente resistentes a metais (Cu, Ni, Cd e Zn), sugerindo que a poluição detectada na zona pode ter sido um fator preponderante na seleção destas estirpes.

Bactérias promotoras de crescimento vegetal

Algumas destas bactérias também foram testadas quanto à sua capacidade para promover o crescimento vegetal. Os mecanismos exatos através dos quais as rizobactérias promovem o crescimento vegetal ainda não estão totalmente entendidos, mas podem incluir:
1) a capacidade de produção de reguladores de crescimento como o ácido indol acético, ácido giberélico, citocininas e etileno;
2) a fixação não simbiótica de azoto;
3) funcionarem como antagonistas de microrganismos patogénicos através da produção de sideróforos, antibióticos e HCN; e
4) solubilização de fosfato inorgânico.

38
Exemplos de bactérias produtoras de sideróforos.

24
Exemplos de bactérias produtoras de HCN.

Estes estudos indicaram que a exposição prolongada a metais levou à seleção/adaptação de comunidades bacterianas que conseguem persistir em solos extremamente contaminados com metais e que simultaneamente possuem boas capacidades de promover o crescimento vegetal podendo, deste modo, ser utilizadas em processos de bioremediação e/ou fitorremediação assistida. Neste momento prosseguem estudos sobre a sua utilização em processos de fitorremediação de solos contaminados com zinco e cádmio.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

LEITOS DE PLANTAS PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS E INDUSTRIAIS: UMA SOLUÇÃO NATURAL PARA A PROTEÇÃO DOS ECOSSISTEMAS

A deterioração dos recursos hídricos tem na poluição uma das suas causas principais. A gestão da água de forma eficiente é premente no que se refere ao uso e tratamento da água e água residual. O custo de sistemas de tratamento de águas residuais convencionais, quer de investimento quer de exploração, torna a sua implementação proibitiva em muitas regiões, sendo por isso necessárias soluções eficazes e mais económicas. Uma das alternativas é a construção de ecossistemas artificiais como parte funcional de um sistema de tratamento.

As Zonas Húmidas Artificiais ou Leitos de Plantas, desenvolvidas nas últimas décadas, são um exemplo de tal princípio. Quando comparadas com os sistemas convencionais, para além do baixo custo de construção e manutenção também toleram flutuações à entrada, têm um bom enquadramento na paisagem e são bem aceites pela sociedade. Esta tecnologia é concebida para mimetizar as condições depurativas encontradas nas zonas húmidas naturais. Trata-se de sistemas complexos e integrados compostos por água, substrato, plantas, microrganismos, e o ambiente, tendo aplicações potenciais no tratamento secundário e terciário de águas residuais municipais e industriais e no controlo de poluição difusa. O efluente tratado pode ser libertado directamente em massas de água receptoras ou pode ser utilizado para irrigação de terrenos, dependendo do nível de tratamento aplicado.

A investigação levada a cabo na ESB/CBQF relativamente aos Leitos de Plantas centra-se no estudo do papel das plantas: desenvolvimento, resiliência, toxicologia e mecanismo enzimático, no estudo das comunidades microbianas subjacentes ao seu funcionamento, na dinâmica fúngica e de protozoários, na avaliação da biodiversidade inerente ao sistema, na monitorização da eficiência de tratamento de águas residuais ao nível físico-químico e microbiológico e na sua aplicação ao tratamento secundário e terciário de águas industriais e domésticas. Projetos já implementados, à escala piloto e real, contemplam a aplicação destes sistemas à indústria dos curtumes e a uma unidade de Turismo de Habitação.

7
Organismos presentes nos Leitos de Plantas implementados para o tratamento de águas residuais da indústria dos curtumes. (A) Helix aspersa, (B) insecto, (C) diplópode, (D-E) Araneus spp., (F) gafanhoto - Hemiptera: Cicadellidae e (G) afideos

10
Leitos de Plantas aplicados ao tratamento de águas residuais da indústria dos curtumes a) sistema à escala piloto com a espécie Typa latifolia. a) sistema à escala industrial com as espécies: Arundo donax e Sarcocornia sp.

12
Leito de plantas em funcionamento no Paço de Calheiros - Ponte de Lima, tendo como substrato argila expandida (Saint-Gobain Weber Portugal, S.A.).

O potencial uso de Leitos de Plantas, como técnica de fitorremediação para tratamento de águas residuais provenientes de diversas fontes, é promissor. Os bioprocessos necessitam de ser economicamente viáveis e eficientes e existe uma grande falta de informação sobre soluções efectivas, sobretudo tendo em vista a reutilização e reciclagem da água. A ESB possui uma vasta experiência neste campo servindo como infraestrutura e plataforma de suporte à investigação e desenvolvimento destes sistemas. As colaborações estabelecidas com entidades nacionais e internacionais permitem continuamente alavancar e aprofundar o nível de conhecimento sobre esta temática.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

FITORREMEDIAÇÃO - UMA TÉCNICA AO DISPÔR DA CONVERSÃO DE SOLOS CONTAMINADOS POR METAIS PESADOS

O problema da contaminação do solo abrange hoje em dia áreas extensas da superfície terrestre, com uma estimativa de cerca de 100 milhões de hectares de solos contaminados em todo o mundo. No entanto, a fraca sensibilização bem como a falta de enquadramento legal efectivo deram origem a poucas soluções efectivas e/ou economicamente viáveis para este problema. A fitorremediação - recuperação de matrizes contaminadas através da ação de plantas instaladas e seus microrganismos associados - surge neste contexto como uma solução biológica, de custos reduzidos e com boa aceitação dos decisores legais e do público em geral para a questão dos solos contaminados. A questão da contaminação com metais pesados reveste-se de particular interesse, uma vez que estes não são biodegradáveis e como tal os seus efeitos perniciosos no ambiente não se atenuam com o tempo. A fitorremediação de solos com este tipo de contaminação tem sido foco da investigação que tem vindo a ser desenvolvida pela ESB/CBQF.

Tipos de fitorremediação de solos

Ao longo dos últimos anos, casos particulares como o da zona industrial de Estarreja têm servido de base para a pesquisa de espécies vegetais e microbianas adaptadas à exposição a metais pesados e sua posterior aplicação em cenários de remediação de solos com este tipo de contaminação. Esta direcção de investigação tem tido frutos, nomedamente com o reconhecimento das capacidades remediativas de algumas espécies encontradas nestas áreas e do sucesso da sua aplicação em associação com outras ferramentas biológicas para a recuperação de solos contaminados, conjugados com o uso de fungos arbusculares micorrízicos, bactérias promotoras de crescimento vegetal ou aditivos orgânicos.

22
Exemplos de espécies úteis em fitorremediação:
A - Planta da espécie Spergularia capillacea na zona de Estarreja, que se verificou acumular até cerca de 3000 mg de zinco por kg de peso seco.
B - Planta da espécie Atriplex prostata na zona de Estarreja, que se verificou acumular até cerca de 1700 mg de zinco por kg de peso seco.
C - Planta da espécie Solanum nigrum na zona de Estarreja, que se verificou acumular até cerca de 1200 mg de zinco por kg de peso seco na área e até 4000 mg de zinco por kg em laboratório.
D - Planta da espécie Rubus ulmifolius na zona de Estarreja, que se verificou acumular até cerca de 1000 mg de zinco por kg, 1700 mg de arsénico por kg, 1200 mg de chumbo por kg e 150 mg de níquel por kg.

Pretende-se usar esta ferramenta não apenas como uma técnica de recuperação de solos mas também acrescentar-lhe viabilidade económica ao incorporar o uso de espécies vegetais com aplicabilidade posterior visando desta forma um novo paradigma de utilização de terrenos - o uso de solos contaminados sem valor produtivo para a produção de biomassa para fins energéticos, recuperando não só estas terras enquanto as tornamos rentáveis mas também redirecionado assim terrenos férteis para o uso agrícola e produção alimentar exclusiva.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

FUNGOS ECTOMICORRÍZICOS E PRODUÇÃO SUSTENTÁVEL DE Pinus pinaster E Quercus rubra - DO VIVEIRO AO CAMPO

A maioria das plantas terrestres vive associada a fungos denominados micorrízicos. Estas associações, denominadas micorrizas, proporcionam à planta uma maior absorção de água e nutrientes do solo, aumentando a sua taxa de crescimento e resistência. Na ESB/CBQF temos vindo a estudar o papel de fungos ectomicorrízicos (FEMC) na melhoria do crescimento de árvores florestais com relevância económica para o país, promovendo-os enquanto ferramenta biotecnológica para o uso sustentado dos solos.

5
Exemplo de fungos ectomicorrízicos recolhidos em Mogadouro.

É vasta a abrangência da potencialidade dos fungos ectomicorrízicos (FEMC). Os trabalhos desenvolvidos pelo grupo estão cientificamente reconhecidos e possuem igualmente aplicabilidade prática. Os estudos são realizados em viveiro (ex. Veiguinhas, Amarante) e numa fase posterior em campos experimentais (ex. Serra da Cabreira e Mata do Camarido).

1
Inoculação de plântulas de pinheiro com fungos ectomicorrízicos.

Os FEMC podem promover um melhor desenvolvimento de plantas em viveiro, eliminando a necessidade de uso de fertilizantes para promover o seu crescimento.

3
Diferença de crescimento entre pinheiro inoculado (esquerda) e controlo (direita).

Atualmente estão a ser finalizados estudos sobre o potencial dos fungos ectomicorrízicos na reflorestação de zonas incendiadas, usando o pinheiro-bravo. Todos os fungos testados (Suillus bovinus, Pisolithus tinctorius e Rhizopogon roseolus) promoveram significativamente o crescimento das plântulas em solo queimado, sendo que R. roseolus incrementou cerca de 8 vezes o peso fresco da parte aérea relativamente a controlos não inoculados. Este estudo demonstrou também que a associação do pinheiro-bravo com determinadas estirpes de fungos ectomicorrízicos poderá ser um método eficaz de acelerar e otimizar o processo de reflorestação pós-fogo.

Estão também a decorrer trabalhos de monitorização do estabelecimento de P. pinaster e Quercus rubra inoculados com FEMC, e persistência de FEMC ao longo do tempo (6 anos), em locais pós-fogo.

32
P. Pinaster (inoculado com fungos ectomicorrízicos) seis anos após transplante.

O objetivo do estudo é determinar se existe ou não competição com a comunidade FEMC autóctone, assim como avaliar a capacidade de persistência dos FEMC em condições de stress. Os resultados demonstram que a maioria dos FEMC inoculados ainda permanece no local ao fim de 6 anos de transplante, proporcionando um melhor desenvolvimento do pinheiro quando comparado com zonas de controlo.

23
Estudo da persistência de FEMC selecionados na comunidade fúngica nos campos experimentais.

A investigação realizada possui uma componente científica de elevado nível bem como uma componente prática. De fato, o acompanhamento das experiências em campo ou em viveiro proporciona um agradável e saudável contato com a natureza enquanto a análise de plantas no laboratório, observação e identificação de micorrizas, identificação de comunidades microbianas e identificação de metabolitos requerem técnicas avançadas de microscopia, biologia molecular e cromatografia. A área dos fungos ectomicorrízicos é uma área pouco explorada e com enorme potencial. A sua aplicabilidade imediata torna-a numa das áreas mais estimulantes do panorama científico actual.

Exemplo de publicações científicas e de divulgação nesta área:

 

 

BIODEGRADAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS FLUORADOS

Os avanços na síntese de compostos orgânicos e o uso intensivo de fármacos levaram à introdução no ambiente de inúmeros compostos, cuja suscetibilidade ao tratamento biológico é pouco conhecida. Os compostos orgânicos fluorados, com aplicações diversas nas indústrias farmacêuticas, química fina e na agricultura, constituem uma classe importante destas substâncias. Estes compostos são persistentes, pelo que constituem um enorme e importante problema ambiental. Um dos maiores problemas relacionados com a biodegradação destes compostos fluorados reside na remoção do halogéneo (Fluor, Cloro, Bromo, Iodo). Removendo o halogéneo, os compostos deixam de ser persistentes e o risco de formação de compostos tóxicos intermediários diminui. A investigação sobre processos biológicos de remoção destes compostos de águas e efluentes tornou-se prioritária.

Isolamento de microrganismos degradadores de composto fluorados

Nos laboratórios de investigação da ESB/CBQF, têm sido isolados microrganismos a partir de solos e sedimentos contaminados, os quais são capazes de remover biologicamente uma gama de compostos aromáticos fluorados, para os quais se indicam exemplos na tabela abaixo. Devido ao seu uso intensivo, muitos fármacos fluorados têm sido frequentemente detectados no ambiente. A sua ocorrência, especialmente em meios aquáticos, é de grande preocupação devido ao potencial para causar danos nos ecossistemas. Exemplos de fármacos fluorados incluem os antibióticos ciprofloxacina, moxifloxacina e norfloxacina e o anti-depressivo fluoxetina e o seu metabolito norfluoxetina; a degradação destes compostos por consórcios bacterianos degradadores de compostos fluorados tem sido verificada nos nossos laboratórios.

43

Os estudos de biodegradação prosseguem com elucidação das vias metabólicas envolvidas. Estes estudos levam à identificação de compostos intermediários com interesse comercial, para os quais a biocatálise pode ser uma alternativa à síntese química. Para o caso do fluorbenzeno, foram estabelecidas estratégias para a produção biológica de 4-fluorcatecol (4-FC) e 4-fluor-cis-benzeno-1,2-dihidrodiol 4-FBD.

Biorreatores para tratamento de águas contaminadas

A compreensão do papel dos microrganismos nos processos de biodegradação e remoção dos compostos aromáticos fluorados é fundamental para o desenvolvimento e implementação de processos de tratamento eficazes. O tratamento biológico de alguns compostos listados na tabela acima foi testado em biorreatores, tais como reatores granulares sequenciais em batch e em biodiscos.

25
Lamas aeróbias granulares dentro de um reator granular sequencial em batch no final da fase de sedimentação.

Os reatores granulares sequenciais em batch constituem uma tecnologia relativamente recente baseada no desenvolvimento de grânulos aeróbios. Estes grânulos apresentam várias vantagens em relação aos flocos formados pelas lamas activadas convencionais, uma vez que possuem uma estrutura mais densa e compacta, apresentam elevadas capacidades de sedimentação e de retenção de biomassa, bem como uma maior capacidade para lidar com cargas orgânicas oscilantes. Em ambos os biorreatores alcançou-se a degradação completa dos compostos testados após a adição das respetivas bactérias degradadoras, processo designado por bioaumento. Desta forma, comprovou-se que a biodegradação de compostos altamente persistentes implica por vezes a adição de bactérias especializadas. A robustez destes reatores foi demonstrada pela capacidade destes em lidar eficientemente com alterações na composição das águas residuais (mimetizando uma situação real).

36
Imagem de um reator de biodiscos colonizado.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

REQUEIJÃO: MATRIZ TRADICIONAL MELHORADA VIA ADITIVOS QUÍMICOS E MICROBIANOS

O requeijão comum é produzido com soro lácteo. O soro é um sub-produto do fabrico de queijo, sendo originado da produção de apenas um 1 kg de queijo ca. de 9 litros de soro. Sendo Portugal um país com uma grande tradição no fabrico de queijo, por ano são originadas toneladas de soro, só no ano de 2008 foram produzidas ca. de 35000 ton de soro de acordo com o Instituto Nacional de Estatística. Este soro normalmente é seco e usado na alimentação animal, ou como ingrediente na indústria alimentar e uma pequena percentagem é usada na produção de requeijão. Mas outra parte ainda é desperdiçada e sem qualquer tratamento, o que constitui uma perda de matéria-prima ainda muito rica em nutrientes e também devido a esta sua riqueza orgânica, um problema ambiental porque é dispensado para o ambiente sem qualquer tratamento. Assim qualquer alternativa viável que surja para valorizar o soro é sempre uma mais valia económica. Tentativas de melhoramento organoléptico e de segurança têm incidido na incorporação de bactérias do ácido lático (isoladas de queijos tradicionais portugueses como são Lactococcus lactis e Lactobacillus plantarum) e bactérias probióticas (dos géneros Bifidobacterium e Lactobacillus), em matrizes simples ou adicionadas de aditivos doces ou salgados.

O protocolo utilizado para o fabrico destas matrizes seguiu a receita artesanal portuguesa de fabrico do "Requeijão" - a partir da precipitação térmica das proteínas do soro (misturado com leite). As estirpes bacterianas probióticas foram inoculadas nestas matrizes para obter uma concentração final de 107-109 ufc/g, conforme exigido para um alimento probiótico. Estas foram capazes de manter (ou até aumentar) o seu número inicial de células viáveis (ca. 107 ufc/g) durante 28 dias a 7ºC. As estirpes Lactobacillus casei ssp. paracasei LAFTI®L26 e Lactobacillus acidophilus Ki apresentaram a maior viabilidade celular em matrizes simples; a espécie bacteriana e a natureza da matriz foram os parâmetros que tiveram mais influência sobre os números de células viáveis.

45

Os efeitos das bactérias probióticas L. casei e B. animalis e da incorporação de aditivos alimentares básicos, tais como açúcar, compota e chocolate ou sal, alho e ervas aromáticas, foram estudados sobre as propriedades reológicas, texturais, sensoriais e microestruturais. A espécie L. casei apresentou uma maior atividade acidificante do que a espécie de Bifidobacterium, e também conduziu a matrizes com uma textura diferente, com maior firmeza e viscoelasticidade. As matrizes com açúcar e L. casei foram mais aceites pelo painel sensorial, em comparação com as matrizes simples. As diferenças microestruturais foram originadas pelos aditivos e o tempo de armazenamento.

30
Microfotografia de microscopia electrónica de varrimento (500x) de matrizes salgadas inoculadas com B. animalis a (a) 0 dias e (b) 21 dias de armazenamento, e de matrizes salgadas inoculadas com L. paracasei a (c) 0 dias e (d) 21 dias de armazenamento. Inseridos nos poros da rede proteica podem observar-se os glóbulos arredondados da gordura.

Como os queijos probióticos de soro apresentam uma acidificação considerável, a produção de ácidos orgânicos foi avaliada em detalhe. As espécies de L. casei e B. animalis produziram ácidos lático e acético, enquanto que L. acidophilus produziu principalmente ácido lático. Esta propriedade foi também estudada em termos de contributo para o prolongamento de tempo de prateleira do requeijão. Quando incorporadas no produto estas bactérias probióticas competem com as outras contaminantes. Foi possível verificar a atividade inibitória das espécies probióticas contra algumas bactérias patogénicas de origem alimentar, sendo que todos apresentaram efeito bacterioestático. De futuro, pretende-se pesquisar quais os metabolitos produzidos pelas estirpes probióticas contra estas bactérias contaminantes.

Em conclusão, neste novo produto está conjugado o elevado valor nutricional conhecido das proteínas do soro, com os benefícios largamente conhecidos dos probióticos, enquadrando-se no tão crescente segmento dos alimentos funcionais ou alimentos com benefícios para a saúde. Do ponto de vista da segurança alimentar, enquanto o requeijão na sua forma natural e sem embalagem possui um tempo de prateleira muito baixo, o requeijão probiótico possui um tempo de prateleira mais elevado resultante da ação das bactérias probióticas na produção de ácidos orgânicos que inibem o crescimento das bactérias contaminantes. Adicionalmente, temos um produto com baixa percentagem de lactose à semelhança do iogurte, com elevado teor proteico de elevado valor biológico e com baixo poder calórico principalmente no que diz respeito ao seu teor em gordura. Adicionalmente quando integradas no requeijão as bactérias probióticas resistem a todas as condições do trato gastrointestinal (estômago e intestino) conforme estudos realizados.

 

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

CARATERIZAÇÃO FUNCIONAL E TECNOLÓGICA DE ESTIRPES COMERCIAIS DE Bifidobacterium E Lactobacillus, E NOVAS ESTIRPES DE Enterococcus COMO AGENTES PROBIÓTICOS

Os alimentos funcionais são aqueles que apresentam substâncias com distintas funções biológicas, denominadas componentes bioativos, e que são capazes de modular a fisiologia do organismo, garantindo um estado geral de saúde e bem-estar.

Focalizado nas tendências actuais dos alimentos funcionais, a investigação realizada na nossa instituição centra-se no estudo da obtenção, caraterização físico-química, bioatividade e toxicidade e desenvolvimento de novas aplicações de ingredientes funcionais dos quais os probióticos são um bom exemplo. Ao longo das duas últimas décadas têm surgido no mercado agro-alimentar mundial vários alimentos probióticos - especialidades lácteas fermentadas, contendo bactérias lácticas como as espécies probióticas de Bifidobacterium ou de Lactobacillus, as quais têm sido alvo de muita procura e interesse por parte do consumidor. Com efeito, benefícios como o equilíbrio ou o bom funcionamento da flora intestinal, a regulação do sistema imunitário intestinal ou o reforço da barreira intestinal são exemplos reclamados por cada um destes produtos com base em evidência clínica robusta.

A introdução no mercado de novas estirpes probióticas para uso em seres humanos, deverá ser devidamente suportada com evidência científica sólida sobre os aspectos funcionais e a inocuidade dos probióticos nos géneros alimentícios seguindo as regras estabelecidas pelo grupo de trabalho da FAO/OMS em 2002. É necessário cumprir um conjunto de critérios para a seleção de probióticos para aplicação alimentar: aspectos tecnológicos - sobrevivência durante o processamento e armazenamento, tolerância ao oxigénio do meio e conferir caraterísticas organolépticas adequadas; aspectos funcionais - tolerância às condições ácidas e sais biliares na passagem do trato gastro-intestinal, adesão ao epitélio intestinal, capacidade de persistir no intestino e capacidade de competir com patogénicos invasores; e aspectos de segurança - ausência de genes de resistência a antimicrobianos e caráter não-patogénico.

A nossa investigação tem incidido na caraterização tecnológica, funcional e segurança de 10 estirpes comerciais e 6 estirpes isoladas de leites fermentados pertencentes aos géneros Bifidobacterium e Lactobacillus e 73 isolados de queijo Terrincho (um queijo de ovelha com Denominação de Origem Protegida) pertencentes ao género Enterococcus. A resistência aos antimicrobianos do primeiro grupo de agentes probióticos foi verificado contra 28 antibióticos em dois meios de cultura diferentes. Pese embora os diferentes meios estudados tenham promovido o crescimento das estirpes em estudo, os resultados demonstraram que a escolha do meio de cultura afetava significativamente a classificação das estirpes probióticas como suscetíveis ou resistentes. As estirpes de Bifidobacterium e de Lactobacillus foram igualmente testadas na sua capacidade de produzir compostos antimicrobianos e ácido conjugado linoleico (CLA), um composto bioativo descrito como tendo um potencial anti-cancerígeno, a partir de diferentes substratos precursores; esta última atividade deve-se à presença da enzima chave isomerase do ácido linoleico. Cinco das 22 estirpes avaliadas foram capazes de produzir CLA, tendo-se verificado um efeito estirpe dependente.

42

No que concerne o segundo grupo de agentes microbianos pertencentes ao género Enterococcus estes foram caraterizados nos seus perfis de suscetibilidade aos antibióticos e presença de fatores de virulência específicos (caraterísticas que conferem patogenicidade aos microrganismos). Foram selecionadas duas estirpes com base nos seguintes critérios: sensibilidade aos antibióticos (12 antibióticos), fatores de virulência, resistência aos sais biliares e acidez do meio, estabilidade no leite e iogurte e adesão às células Caco-2 (representantes do epitélio intestinal).

As estirpes selecionadas apresentaram uma boa estabilidade e viabilidade na produção de iogurte tendo contribuído favoravelmente para as respetivas caraterísticas organolépticas. Para validar in vivo o potencial probiótico destas estirpes de Enterococcus foi realizado um ensaio clínico que incorporou 5 voluntários a consumir 1 iogurte contendo cada uma das estirpes (150 g) durante 5 dias. Foram colhidas amostras fecais, antes, durante e depois da ingestão dos iogurtes experimentais. A deteção dos enterococos realizou-se com métodos moleculares - RAPD-PCR e por métodos de cultivo em meios de cultura seletivos. Ambas as estirpes registaram uma boa sobrevivência no iogurte experimental e demostraram ser resistentes aos sais biliares e pH baixo.

4
Estabilidade das estirpes de enterococos no leite armazenado a 4ºC durante 15 dias.

O número total de enterococos aumentou durante o período de consumo em cerca de 3,2 ciclos log. Enterococcus faecium 32 foi a estirpe de enterococos predominante durante todo o período de consumo enquanto que E. durans 37 revelou ter uma baixa sobrevivência na passagem do trato digestivo. Em conclusão, E. faecium 32 demostrou ser uma estirpe prometedora. Contudo são necessários mais estudos para validar o seu potencial probiótico.

Adicionalmente, têm sido realizados estudos de incorporação destas estirpes porbióticas (Bifidobacterium e Lactobacillus) em diferentes matrizes alimentares (ex: queijo, requeijão, leites fermentados, cereais) e comprovadas as respetivas estabilidade, viabilidade e funcionalidade. A proteção do probiótico para resistir de forma controlada às condições agressivas do TGI e ser libertado no intestino, ou para assegurar sua maior estabilidade e viabilidade durante o armazenamento, ou para permitir a sua incorporação em matrizes menos favoráveis, tem sido estudada através da sua microencapsulação por técnicas diversas incluindo a secagem por atomização em concentrado proteico de soro e por extrusão em alginato.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

OLIMPÍADAS DO AMBIENTE

Este projeto de Educação Ambiental realiza-se anualmente desde 1995 e é uma das mais antigas e maiores iniciativas a nível nacional nesta área. Atualmente é desenvolvido em parceria com a Quercus e o Zoomarine. As Olimpíadas do Ambiente destinam-se à comunidade escolar, desde o 3º ciclo de ensino básico ao final do ensino secundário, e têm como objetivos fundamentais incentivar o interesse pela temática ambiental, aprofundar o conhecimento sobre a situação ambiental portuguesa e mundial, estimular a capacidade oral e escrita, promover o contato com situações experimentais concretas, desenvolver o espírito e curiosidade científicas e ainda estimular a cooperação e espírito de equipa. Nos últimos dezasseis anos já participaram nalguma das fases das Olimpíadas mais de 400 mil alunos, assim como milhares de professores e dezenas de parceiros.

19
Estudantes finalistas das XVI Olimpíadas do Ambiente, no seu encontro no Algarve

Do ponto de vista científico está em curso investigação sobre o nível de impato deste tipo de experiência nas mudança de práticas concretas futuras dos vários participantes.

 

 

À DESCOBERTA DE NOVAS BACTÉRIAS EM AMBIENTES SUJEITOS À AÇÃO HUMANA

Pensa-se que apenas conhecemos 1-5 % das espécies bacterianas que existem na natureza. Os restantes hipotéticos 95-99 % escapam à nossa observação. Para tal, podem apontar-se várias razões - por exemplo, porque são pouco abundantes, porque não podem proliferar nas condições que lhes impomos no laboratório ou porque crescem tão lentamente que outros, de crescimento mais rápido, os fazem passar incógnitos.

Por vezes, quase por acaso, descobrem-se bactérias únicas ou muito raras, nunca cultivadas em laboratório. Isto acontece não só em locais exóticos, como as profundezas dos oceanos ou as regiões pouco exploradas da Terra (como por exemplo a Antártida), mas também em locais bem perto de nós.

De fato, a ação humana pode ser um importante fator para o surgimento de novas espécies bacterianas. Graças à sua elevada taxa de proliferação e plasticidade genética, as bactérias podem adaptar-se muito rapidamente a novas condições.

Estudos da microbiota de ambientes gerados por atividades humanas - por exemplo, tratamento de esgotos, efluentes industriais, compostagem comercial ou doméstica, ilustram a ubiquidade de bactérias nunca antes cultivadas em laboratório e que, por esse motivo, podem ser apelidadas de "novas".

41

Neste contexto, o termo "nova" refere-se ao fato de ser diferente de todas as outras já conhecidas e não ao de ser recente. Efetivamente, pode até representar uma espécie muito antiga na natureza.

E como se pode saber se é nova? Isto é, se é diferente?

A resposta surge da bioquímica, da genética, da fisiologia... Após uma caraterização exaustiva será possível saber se estamos perante uma bactéria diferente. Esta caraterização inclui a determinação ou conhecimento das condições ótimas e possíveis para o crescimento, os processos de obtenção de energia, a análise comparativa de partes do genoma, o tipo de lipídos membranares ou de peptidoglicano.

Este tipo de estudo contribui para um melhor conhecimento da diversidade bacteriana, das funções que os organismos desempenham no seu habitat ou até permitir desenvolver aplicações biotecnológicas.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

RESISTÊNCIA A ANTIMICROBIANOS NO AMBIENTE

Ao longo dos últimos 60 anos, a generalização do uso de antibióticos e de outras substâncias com atividade antimicrobiana levou ao desequilíbrio entre bactérias suscetíveis e resistentes. Gradualmente, as bactérias resistentes a antibióticos e os seus determinantes genéticos foram alcançando novos habitats, com um evidente aumento da prevalência de resistência e de diversidade de substâncias antimicrobianas toleradas. As situações mais dramáticas de elevada prevalência e de multi-resistência são referidas principalmente em ambiente clínico. A rápida evolução das bactérias em resposta a novos agentes antimicrobianos é testemunhada pelo fato de a nível hospitalar um antibiótico poder perder eficácia em apenas alguns anos de uso. Estudos recentes têm vindo a demonstrar que as bactérias resistentes a antibióticos se podem propagar no ambiente, quer porque são selecionadas, quer porque podem transferir material genético entre si.

O papel das Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) domésticas

Estima-se que em média cada cidadão consuma anualmente cerca de 0,5 g de antibióticos. Grande parte destes fármacos não são metabolizados no organismo humano, sendo libertados para os esgotos municipais. Outros agentes antimicrobianos, como os desinfectantes utilizados em higiene pessoal e doméstica, também são continuamente libertados para os esgotos municipais. Não sendo totalmente removidos durante o tratamento das águas residuais, pensa-se estas substâncias com atividade antimicrobiana possam contribuir para a seleção e dispersão de bactérias resistentes.

É possível quantificar as bactérias resistentes a antibióticos que são libertadas pelas ETAR domésticas?

Alguns estudos mostram que, independentemente do sistema de tratamento utilizado pela ETAR, em média, cada cidadão é responsável pela libertação diária para o ambiente de um milhão a um bilião de bactérias resistentes a antibióticos (Figura 1). Se se pensar que muitas das bactérias que existem no ambiente não são cultiváveis, conclui-se que este número pode, afinal, ser muitíssimo maior. Assim, como os esgotos tratados são, muitas vezes, libertados para pequenos cursos de água naturais, as ETAR irão contribuir para uma contínua dispersão e progressivo aumento de bactérias resistentes a antibióticos para ambiente.

40
Densidade de bactérias resistentes a antibióticos na água residual bruta (entrada) e tratada (saída) de três ETAR municipais (AS, TF e SAF). Antibióticos - AML: amoxicilina, TET: tetraciclina, CIP: ciprofloxacina.

Quais os fatores críticos que podem ser controlados de modo a minimizar o impato ambiental por parte das ETAR?

Os sistemas de tratamento de águas residuais implicam sempre uma drástica diminuição da carga bacteriana. Tipicamente esta redução pode ser de 10 a 100 vezes. Quanto maior for esta taxa de remoção, menor será a dose de bactérias resistentes a antibióticos a serem libertadas e portanto menores serão os efeitos negativos da descarga do efluente. Assim, ETAR com uma etapa de tratamento terciário têm um menor impato ambiental em termos de dispersão de resistência a antibióticos.

Dentro de certos limites, as propriedades da água residual bruta têm pouca influência na abundância ou prevalência de bactérias resistentes a antibióticos no efluente tratado. Por exemplo, a entrada de efluentes industriais (ETAR AS na figura acima) ou hospitalares pré-tratados (ETAR TF na figura acima) numa ETAR não contribui para um aumento significativo de bactérias resistentes a antibióticos.

Uma das formas de propagação de resistência a antibióticos é através da troca de material genético. Muitas vezes, este processo envolve contato entre as células bacterianas. Quanto mais tempo as bactérias se mantiverem próximas umas das outras, maiores serão as oportunidades de trocarem material genético. Assim, os sistemas de tratamento de águas residuais que implicam longos tempos de residência hidráulica, como por exemplo os usados em sistemas lagonares (AL e AnL, figura abaixo), podem promover o aumento de resistência. 8
Prevalência de bactérias resistentes a ciprofloxacina em água residual bruta (entrada) e tratada (saída) em cinco ETAR municipais (AS, TF, SAF, AL e AnL). A seta vermelha indica um aumento significativo.

Será que as bactérias resistentes a antibióticos são eliminadas de forma tão eficaz como as suscetíveis?

O tratamento das águas residuais implica um rearranjo das comunidades bacterianas. Algumas populações tornam-se menos representativas, enquanto outras se tornam predominantes. Por vezes, as sub-populações de bactérias resistentes e suscetíveis a antibióticos não são eliminadas do mesmo modo. Por exemplo, as bactérias suscetíveis ao antibiótico ciprofloxacina parecem ter uma menor taxa de sobrevivência durante o tratamento das águas residuais do que as suas congéneres resistentes aquele antibiótico. Esta diferença contribui para um progressivo aumento da resistência a antibióticos, mostrada na figura abaixo para ciprofloxacina.

33
Prevalência de bactérias dos géneros Enterococcus ou Escherichia resistentes a antibióticos em água residual bruta (castanho) e tratada (azul) numa ETAR municipal. A seta vermelha indica um aumento significativo.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

A ATIVIDADE DO VINHO CONTRA ORGANISMOS PATOGÉNICOS DE ORIGEM ALIMENTAR

Esta linha de investigação situa-se na área da segurança alimentar, mais especificamente, incide na ação do vinho sobre bactérias patogénicas de origem alimentar. Existem relatos de que o consumo de vinho exerce um efeito protetor relativamente ao desenvolvimento de intoxicações alimentares, ou seja, indivíduos que ingerem vinho durante as refeições são menos suscetíveis a toxi-infeções transmitidas pelos alimentos.

A ESB/CBQF tem vindo a realizar trabalho de investigação nesta área, estudando a sobrevivência de bactérias patogénicas (Campylobacter jejuni, L. monocytogenes e Bacillus cereus) quando expostas à ação do vinho. A cinética de inativação foi descrita, também, em várias combinações dos principais componentes do vinho (álcool e ácidos orgânicos). Um modelo simples de estômago (fluido gástrico sintético) foi utilizado para estudar a influência do vinho no comportamento destes organismos nas condições do estômago e na presença de alimento.

Os resultados obtidos mostram que o vinho potencia o efeito anti-bacteriano do fluido gástrico e que a sua ingestão durante uma refeição pode diminuir consideravelmente a densidade populacional bacteriana ao longo do trato digestivo, diminuindo, assim, o risco de infeção. É uma linha de investigação que requer mais trabalho ao nível da caraterização das cinéticas de inativação e de extensão a outros organismos patogénicos.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

Listeria monocytogenes E LISTERIOSE EM PORTUGAL

Listeria monocytogenes é uma bactéria ubíqua responsável por casos e por surtos de listeriose em humanos e em animais, normalmente transmitida pelo consumo de água, de alimentos ou de rações contaminadas.

Nos últimos anos, vários surtos de listeriose foram descritos e associados ao consumo de uma grande variedade de alimentos, nomeadamente, queijos, gelados, produtos de charcutaria, vegetais crus e "prontos-a-comer."

26
Foto de Listeria monocytogenes

A listeriose é uma infeção rara entre a população geral, com uma incidência na Europa que varia entre os 0,3 e os 7,5 casos por milhão de habitantes, respectivamente, na Grécia e na Suécia. A taxa de mortalidade associada pode atingir os 40% em indivíduos pertencentes aos grupos de maior suscetibilidade: imunodeprimidos por medicação ou por doença, grávidas, fetos/recém-nascidos e idosos.

44
Esta placa tem um meio de cultura específico com sangue. A estria central contém uma outra bactéria, um Staphylococcus aureus hemolítico (destrói os glóbulos vermelhos do sangue). As estrias têm culturas de células a identificar, que podem ou não ser de Listeria monocytogenes. Onde os dois microrganismos estão juntos, se se tratar efetivamente de Listeria monocytogenes pode observar-se um efeito sinérgico e uma hemólise mais evidente do sangue. Neste caso em particular, todas as estrias pertencem a Listeria monocytogenes.

Desde que há registo sistemático, tem ocorrido um aumento do número de casos de listeriose em vários países e, dado o incremento da população de risco para esta infeção, nomeadamente idosos e indivíduos com o sistema imunitário debilitado, por exemplo, infectados por VIH e doentes oncológicos, não é de esperar uma diminuição de casos no futuro próximo.

Em Portugal, a prevalência de L. monocytogenes em alimentos é relativamente alta, embora não esteja ainda implementado um sistema de vigilância oficial de infeções por Listeria.

Listeria monocytogenes & listeriose têm sido objeto de vários projetos de investigação e de sensibilização da comunidade desenvolvidos pela ESB/CBQF. No seu âmbito, foi identificado o primeiro surto de listeriose em Portugal, noticiado pela imprensa em Julho de 2010, e a ESB/CBQF foi nomeado pela Direcção Geral da Saúde como entidade responsável pela caraterização genética das listerias isoladas de casos clínicos de listeriose.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

BIOTECNOLOGIA E MICROALGAS

As microalgas e as cianobactérias são microrganismos fotossintéticos com capacidade de captar e transformar o CO2 em matéria orgânica, utilizando como fonte de energia a radiação solar. As caraterísticas climáticas e ambientais, existentes em Portugal são muito favoráveis, com vantagem, em termos Europeus, para a produção de microalgas em grande escala utilizando recursos endógenos e matérias primas de baixo custo. O conceito de biotecnologia de microalgas é, assim, basicamente o mesmo da agricultura convencional. No entanto, devido à sua grande plasticidade metabólica, as microalgas são capazes de, em condições controladas, produzirem substâncias (ácidos gordos polinsaturados, ficobiliproteínas, carotenóides e enzimas únicas) de grande interesse económico com aplicações nas áreas alimentar (indústria alimentar e de rações, nomeadamente, aquacultura) e da saúde (indústria farmacêutica e de cosmética) e do ambiente (biocombustíveis, tratamento de efluentes, captação de CO2). São ainda uma fonte de novos compostos químicos cujo potencial ainda se encontra, em grande parte por avaliar.

29
Fotos de algumas das microalgas empregues em investigação.

A razão deste interesse reside não só nas microalgas serem uma fonte praticamente inesgotável de matéria prima, mas por serem igualmente uma fonte de compostos químicos de origem natural, um fator importante se tivermos em consideração a crescente consciencialização dos consumidores para questões relacionados com a saúde, a qual tem sido acompanhada por uma legislação cada vez mais restritiva à utilização de compostos químicos de síntese.

A investigação neste área realizada nos últimos 20 anos tem incidido na produção e aplicação da biomassa algal em produtos alimentares, rações e tratamento de efluentes. Os resultados da investigação realizada têm dado origem a numerosos artigos nacionais e internacionais, bem como, a patentes, apresentações em congressos, dissertações e a trabalhos de fim de curso.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

FILMES COMESTÍVEIS PARA FRUTOS DE IV GAMA

Os consumidores são cada vez mais conscenciosos acerca dos seus hábitos alimentares; todavia, têm cada vez mesmo tempo para preparar refeições. A produção de frutos frescos cortados (frutos de IV gama) constitui um desafio importante para a indústria alimentar, devido à sua conveniência como produtos prontos-a-comer, associada a benefícios a nível da saúde.

Os frutos de IV gama apresentam-se ao consumidor numa forma conveniente, descascados, descaroçados e/ou cortados em fatias, cubos, ou outra forma, em embalagens adequadas, com caraterísticas de qualidade tão próximas quanto possível do produto fresco e com boa aparência.

Um produto hortofrutícola de IV gama é constituído por tecido vegetal vivo, mas mais perecível do que o produto fresco que lhe deu origem, dado que o descasque e/ ou corte aceleram reações fisiológicas e bioquímicas, nomeadamente a respiração, responsáveis pelas alterações de cor, sabor, textura e qualidade nutricional, diminuindo, assim, o tempo de vida útil relativamente ao produto fresco. A banana fresca cortada, por exemplo, apresenta um escurecimento enzimático e um amolecimento acelerados, relativamente ao produto inteiro. A contaminação microbiológica pode representar também um risco acrescido.

A investigação nesta área torna-se relevante, de forma a encontrar soluções para reduzir a perda de qualidade que possa resultar dessas alterações. Na Escola Superior de Biotecnologia, a Professora Alcina Bernardo, com experiência de 20 anos na área, tem liderado investigação que recorre a vários métodos/ tecnologias que podem ser utilizados individualmente ou associados, tais como acondicionamento e armazenamento em atmosfera modificada ou controlada, revestimento com biofilmes, embalamento sob vácuo, ou mesmo utilização de soluções de compostos químicos ou naturais.

O mérito da investigação desenvolvida nesta área têm sido reconhecido através dos inúmeros artigos nacionais e internacionais publicados (mais de 70) e das várias apresentações em congressos e seminários, ações de formação e jornadas, também nacionais e internacionais (cerca de 80), tendo várias delas sido selecionadas para apresentações orais. A Prof. Alcina Bernardo tem ainda sido convidada para a avaliação de projetos de investigação na área e para fazer inúmeras revisões de artigos para revistas internacionais de prestígio.

A Prof. Alcina Bernardo tem orientado inúmeros alunos de Doutoramento, Mestrado e Licenciatura, Portugueses e Estrangeiros, que têm desenvolvido investigação na área que lidera, obtendo, com sucesso o grau a que se candidatam.

Exemplo de publicações científicas e de divulgação nesta área:

 

 

GESTÃO DA OXIDAÇÃO MONITORIZADA POR VOLTAMETRIA CÍCLICA E ANÁLISE MULTIVARIADA

A gestão do oxigénio é uma das tarefas mais difíceis para a indústria alimentar, em particular para a indústria dos vinhos. Desde a elaboração dos mostos até ao processo final de maturação do vinho, várias etapas estão sujeitas à exposição de oxigénio, onde as quantidades de oxigénio fornecido têm um forte impato sobre as caraterísticas organolépticas do vinho acabado.

6
Mecanismo de Oxidação.

Sabendo que os níveis de antioxidantes específicos e mecanismos redox podem ser avaliados por voltametria cíclica, foi desenvolvida uma estratégia de "impressão digital" capaz de avaliar o "status de oxidação" dos vinhos com base nesta técnica.

Esta estratégia passa pela decomposição (extração) dos sinais voltamétricos, sendo a qualidade da extração avaliada por parâmetros estatísticos "Q-statistic" (erro quadrático de previsão) das decomposições relevantes. Desta maneira, gráficos de contribuição podem ser estimados para determinar as variáveis (voltagens) que afetam a previsão (ver figura abaixo).

9
Decomposição (extração) dos sinais voltamétricos em vinhos com diferentes estados de oxidação: (a) Gráfico diagnóstico; (b) Gráfico de contribuição para o vinho controlo Cp0; (c) Gráfico de contribuição para o vinho Mur_2Y.

As curvas de oxidação apresentaram caraterísticas típicas, que permitem a discriminação das amostras de acordo com a idade, o consumo de oxigénio e adições de antioxidantes. Na verdade, foi possível colocar os resultados em quatro direcções ortogonais significativas (ver figura abaixo).

11
Gestão da oxidação: (a) Gráfico controlo da análise multivariada em voltametria cíclica: (1) SO2, (2) ácido ascórbico e (3) oxidação.

Foram feitas tentativas para fazer da "impressão digital" avaliada por voltametria cíclica uma ferramenta para monitorar a gestão de oxidação. Para este efeito, um gráfico de controlo multivariado supervisionado foi desenvolvido com base numa amostra de controlo como referência. Quando os vinhos brancos são projetados no gráfico, é possível monitorizar o estado de oxidação e diagnosticar os efeitos dos regimes de oxigénio e atividade antioxidante (ver figura acima).

Finalmente, usando um algorítmico supervisionado (PLS) foi possível quantificar substâncias implicadas no processo de oxidação como regentes (antioxidantes) e produtos obtidos (off-flavours), respectivamente, metional, 2-fenilacetaldeído e ácido ascórbico.

13
Gestão da Oxidação: Monitorização e Classificação das amostras baseadas em padrões químicos.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

FOTÓNICA E FISIOLOGIA DA PLANTA

A resposta fisiológica das plantas a perturbações externas é complexa e ocorre a diferentes níveis do metabolismo das mesmas. Trata-se de um fenómeno multivariado e em múltiplas escalas, pelo que são necessárias metodologias de elevada produtividade de modo a extrair a informação relevante. A inexistência de um dispositivo com as caraterísticas acima referidas constitui um entrave à interpretação das consequências dos fatores externos.

A espectroscopia é uma metodologia multivariada de grande interesse para os estudos metabólicos dos sistemas biológicos. Na verdade, esta técnica proporciona informações pormenorizadas sobre a estrutura molecular e sobre os mecanismos de reação. Além do mais, devido ao seu caráter não destrutivo, esta metodologia está atualmente a ser utilizada para caraterizar proteínas, péptidos, lípidos, membranas e hidratos de carbono, quer no âmbito da indústria farmacêutica quer no âmbito dos produtos alimentares, bem como a nível do estudo de plantas e tecidos animais.

14
Espectroscopia: Extração da informação.

A luz tem capacidade para transportar tanto informações físicas como informações químicas. Quando a luz é projetada num bago de uva, ocorre uma distorção na respectiva informação espectral inicial devido à interação com a composição molecular da uva e com as respetivas estruturas físicas. As tecnologias topo de gama de processamento de sinais permitem decompor a informação espectral de modo a qualificar e a quantificar a expressão metabólica "in vivo" (composição química), tanto das uvas como das parras e da videira.

15
"Imagem falsa" com cores vivas que mostram a variância da composição química da uva (os tons diferentes gerados pelo computador correspondem a caraterísticas diferentes nos bagos daquele terreno).

A imagiologia de variância é fornecida para cada um dos componentes relevantes do software. O utilizador seleciona o componente principal que pretende observar e o sistema fornece a imagem so- breposta sobre a grelha e a vinha. As cores semelhantes mostradas nestas imagens fornecem informação sobre a similaridade de cachos de uvas em cada componente. Recorrendo a esta informação é possível identificar as causas possíveis da existência de diferenças a nível das diferenças metabólicas não controladas.

A imagiologia metabólica é mostrada ao utilizador através da seleção do metabolito que se pretende visualizar no interface do utilizador. Em seguida, o utilizador pode navegar pela composição metabólica clicando em cada um dos nós. A composição é fornecida numa lista no canto direito do interface gráfico do utilizador do software.

Exemplo de publicações de divulgação nesta área:

 

 

METABOLÓMICA: MOLÉCULAS EM MOVIMENTO

Com o advento da bioinformática estão disponíveis diferentes estratégias de processamento de sinais que permitem obter uma visão holística dos fenómenos que põem em evidência os múltiplos intervenientes nas cadeias bioquímicas.

16
Identificação de Substâncias: Modo Supervisionado.

A aplicação de uma "abordagem não direccionada", permite detetar metabolitos específicos através de comparação com diferentes impressões digitais recolhidas das amstras por espectrometria de massa.

17
Moléculas identificadas.

A estratégia em modo "não direcionado" alicerçado no "data-mining" do perfil metabólico volátil desconvulsionado pela cromatografia gasosa capturado nos dados 2D do espectrómetro de massa contém informação necessária para identificar os metabólicos responsáveis pelas diferenças e semelhanças entre amostras.

18
Matriz de correlações.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

EFEITO DO OZONO NA QUALIDADE DO FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.) E DO PIMENTO (Capsicum annuum L.)

Frutos e vegetais, e outros produtos, frescos devem ser tratados por forma a eliminar microorganismos e aumentar o seu tempo de vida. Algumas das tecnologias mais inovadoras são o tratamento com ozono, luz ultravioleta ou ultrasons. As tecnologias têm impato reduzido na qualidade sensorial e nutricional dos produtos, mas contribuem significativamente para a segurança do consumidor.

Um dos projetos em curso é o EMERCON - Novas Tecnologias de Processamento de Hortofrutícolas_ (www.esb.ucp.pt/emercon), que está a desenvolver tratamentos alternativos aos processos térmicos de branqueamento convencional por forma a preservar o conteúdo nutricional e sensorial de hortofrutícolas congelados e ainda diminuição dos custos energéticos do processo.

Os tratamentos alternativos a aplicar nos hortofrutícolas passam pela aplicação de técnicas emergentes, tais como impulsos elétricos de alta intensidade, tratamentos com ozono, raios ultravioleta e combinação dos mesmos. Estes tratamentos físicos não térmicos conduzem à inativação enzimática e microbiana, sem acarretar os efeitos adversos do calor (amolecimento dos tecidos vegetais, perdas vitamínicas e de propriedades sensoriais), o que poderá contribuir para uma qualidade acrescida dos produtos congelados.

31
Equipamento de ozonização empregue no projeto EMERCON.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

SEGURANÇA DE VEGETAIS CONGELADOS: UM ESTUDO DE CASO EM CENOURAS

A qualidade de produtos congelados depende dos pré-tratamentos antes da congelação, do processo de congelação e do controlo das condições de armazenagem e distribuição. O desenvolvimento de estudos que caracterizem e modelizem o comportamento de parâmetros de qualidade dos produtos congelados desde a sua produção até ao consumo é crucial para fornecer produtos de elevada qualidade.

454

No projeto HORTOCON - Melhoria da qualidade de hortofrutícolas congelados: Novos pré-tratamentos e efeito de abusos de temperatura na cadeia de distribuição (www.esb.ucp.pt/hortocon), agora em curso, deverá resultar uma nova metodologia para otimizar a qualidade de frutos e vegetais congelados. Esta ferramenta poderá ser utilizada para prever o tempo de prateleira de produtos congelados. Um outro resultado muito importante é a identificação de possíveis agentes de nucleação e péptidos anti-congelantes que poderão melhorar a qualidade dos alimentos em estudo.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

ESTERILIZAÇÃO DE MATERIAIS MÉDICOS POR ÓXIDO DE ETILENO

Os materiais médicos sensíveis ao calor têm de ser esterilizados utilizando processos eficientes e que não danifiquem os materiais. Um dos processos é a utilização de oxido de etileno. O processo consiste em aplicar oxido de etileno nas embalagens de dispositivos médicos e posteriormente fazer o seu arejamento, por forma a garantir que não ficam resíduos nos materiais, que poderiam apresentar risco para o paciente. O objetivo da investigação atualmente em curso, realizada em colaboração com a empresa Bastos Viegas, é otimizar as condições de operação dos esterilizadores.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

DESENVOLVIMENTO DE TÉCNICAS DE FLUXO MINIATURIZADAS PARA INVESTIGAR SISTEMAS AMBIENTAIS DINÂMICOS: RIOS, ESTUÁRIOS E ÁGUAS COSTEIRAS

A qualidade da água é uma questão central para o futuro da Humanidade. A contaminação dos aquíferos resultantes da atividade do Homem, designadamente através da lixiviação de uma grande quantidade de nutrientes para as águas doces, origina o fenómeno conhecido como eutrofização. O aumento da concentração de nutrientes e de outras espécies químicas em estuários de grandes rios pode mesmo provocar a redução do oxigénio disponível, ameaçando a pesca. Adicionalmente, pode originar o crescimento anormal de algas, com produção de toxinas que se podem acumular em organismos marinhos consumidos pelos humanos.

Neste cenário, a monitorização in-situ e em tempo real de parâmetros químicos e bioquímicos é crítica para compreender os processos ambientais dinâmicos. Compreende-se pois a tendência crescente para efectuar o desenvolvimento de técnicas rápidas e robustas, mas de baixo custo, que possibilitem a sua utilização remota para providenciar dados ambientais de elevada qualidade.

Neste projeto de investigação, procede-se ao desenvolvimento de metodologias de monitorização que sejam automáticas e miniaturizadas, para que possam ser aplicadas a sistemas dinâmicos ambientais (águas), usando como modelos os estuários do rio Douro, Cávado e Ave. Para isso são utilizadas técnicas de fluxo inovadoras que, associadas à deteção espetrofotométrica com fibras óticas, são exploradas para atingir sistemas miniaturizados, com um consumo vestigial de reagentes e baixa produção de efluentes.

34
Sistema desenvolvido para determinação de amónio em água.

Espera-se que os sistemas permitam monitorização on-line, at-line e in-situ. As principais tarefas são: 1) desenvolvimento de um sensor de nutrientes para águas superficiais: monitorização de azoto amoniacal; 2) desenvolvimento de um sensor de fosfato baseado num detetor espectrofotométrico de fibras óticas (liquid-core waveguide) de elevada sensibilidade; 3) medição de atividade enzimática em águas superficiais e relação com a extensão da produção primária: atividade de fosfatase.

 

 

MÉTODOS DE DETEÇÃO DE MICRORGANISMOS DE DEGRADAÇÃO DE ALIMENTOS

Esta área de trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de metodologias de deteção de micorganismos responsáveis pela degradação de alimentos. Apresentamos aqui, como exemplo, métodos de pesquisa de bactérias do ácido lático e leveduras dos géneros Dekkera/Brettanomyces enquanto agentes de deterioração de vinhos.

Foi desenvolvido um procedimento de deteção de bactérias do ácido lático baseado na metodologia DEFT (Direct Epifluorescent Filter Technique) utilizando uma mistura de dois corantes fluorescentes: SYTO 9 e o ideto de propídeo. O primeiro marca com coloração fluorescente todas as células da população enquanto que o segundo penetra apenas nas células com a membrana celular danificada. As diferentes caraterísticas dos corantes permite diferenciar células viáveis de células mortas. Foi obtida uma boa correlação entre as contagens obtidas por DEFT e as contagens em meio de cultura no intervalo de densidades populacionais estudado (5x102 a 4x109 células por ml). Em termos práticos, este método rápido é uma boa alternativa aos métodos culturais tradicionais podendo ser utilizado em procedimentos de controlo de qualidade.

2
Aplicação de DEFT na deteção de bactérias do ácido lático em vinhos utilizando o sistema de corantes SYTO 9 com iodeto de propídeo. As células vivas estão coradas de verde, as células não viáveis aparecem em tom laranja.

No caso de Brettanomyces/Dekkera, o método desenvolvido envolveu a formulação de um meio de cultura líquido seletivo e diferencial. Após inoculação com vinho, o meio é monitorização através de inspeção visual e análise olfativa. Vinhos contaminados darão origem a turbidez e à produção do aroma característico dos produtos do metabolismo de Brettanomyces/Dekkera: fenóis voláteis, cujos precursores foram previamente incorporados no meio de cultura. Trata-se de um procedimento simples de executar e, por isso, facilmente aplicável em contexto industrial.

Exemplo de publicações científicas nesta área:

 

 

NOVAS ESTRATÉGIAS PARA ENSAIOS BIOQUÍMICOS USANDO UM LABORATÓRIO INTEGRADO NUMA VÁLVULA

O desenvolvimento da bioengenharia e da biotecnologia originou um interesse crescente na monitorização da concentração de substratos, metabolitos, e inibidores. Embora a quantificação da atividade enzimática esteja bem estabelecida, é uma das áreas com maior taxa de crescimento de investigação em bioquímica. A sua aplicação em diversas matrizes pode ser complexa, devido à necessidade frequente de procedimentos de enriquecimento e de eliminação de interferências para permitir a medição de alterações da atividade enzimática nos níveis baixos esperados.

Neste contexto, são necessárias metodologias simples e de baixo custo, que podem ser implementadas através de técnicas de análise em fluxo. Assim, neste projeto pretendemos desenvolver ferramentas analíticas para análise rápida e automática de parâmetros relacionados com a atividade enzimática, designadamente em amostras alimentares e ambientais.

Para isso estão a ser implementadas metodologias em que a análise bioquímica é efetuada num sistema integrado no topo de uma válvula de seleção. Este sistema integrado (laboratório numa válvula) permite efectuar todos os tratamentos da amostra, incluído extração em fase sólida, e deteção espectroscópica baseada em detetores miniaturizados e tecnologia de fibras óticas. Espera-se que as metodologias a desenvolver tenham um consumo vestigial de solução enzimática (menos de 10 microlitros) e de substrato.

35
"Laboratório numa válvula" para determinação de etanol.

 

 

INFEÇÕES NEONATAIS - SOBREVIVÊNCIA DE LISTERIA MONOCYTOGENES NO FLUIDO VAGINAL

27

O pH vaginal em mulheres pré-menopausa varia entre 3.5-4.5. Este pH ácido deve-se à presença de lactobacilos que são capazes de produzir ácido lático. No entanto, há situações em que o pH vaginal é mais elevado, como por exemplo, quando há uma depleção de lactobacilos vaginais, durante a menstruação, quando há relações sexuais não protegidas com deposição de sémen e quando a mulher está a tomar algum tipo de medicação (antibióticos). Este aumento do pH vaginal (pH entre 5.0 e 6.5) pode estar associado com a colonização de microrganismos patogénicos. Nesta situação a mulher ficará mais vulnerável a infeções vaginais. Se estas infeções ocorrerem durante a gravidez podem representar um risco de abortamento, morte fetal intra-uterina, parto prematuro e infeção neonatal.

A bactéria Listeria monocytogenes, pode ser transmitida da mãe para o feto por transmissão vertical, através da placenta ou durante o parto. Durante a gravidez, esta bactéria pode causar infeções (listeriose) assimptomáticas ou com sintomas ligeiros na mulher (febre, diarreia, mialgia). No entanto, pode provocar danos muito graves no recém-nascido.

A capacidade de sobrevivência de L. monocytogenes no fluido vaginal, a diferentes valores de pH (pH vaginal normal e pH em situações de infeção), foi avaliada. Em condições laboratoriais, observou-se que este organismo patogénico é inibido pelo pH vaginal normal conseguindo, no entanto, sobreviver e proliferar a pHs mais elevados. Assim, os resultados obtidos sugerem que quando aumenta o pH vaginal também aumenta o risco dos fetos/recém-nascidos contraírem listeriose.

 

 

 

 

TRACK_FAST - CONSÓRCIO EUROPEU NA ÁREA DAS CARREIRAS NA INDÚSTRIA ALIMENTAR

 

28

 

Desde Setembro de 2009 que a ESB lidera o projeto "TRACK_FAST: Training Requirements and Careers for Knowledge-Based Food Science and Technology in Europe", financiado pela Comissão Europeia através do 7º Programa-Quadro de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico. Este projeto agrega 27 parceiros de 16 países da União Europeia e visa a identificação de carreiras e necessidades de formação ao longo da vida dos Engenheiros Alimentares e a implementação de uma estratégia Europeia para recrutamento dos próximos líderes nesta área.

37
Reunião de "brainstorming" realizada no Porto em Novembro de 2010.

Ao longo deste trabalho foram identificadas as necessidades de formação dos profissionais da indústria alimentar através da realização de um inquérito às empresas do sector de 16 países e da realização nesses países de sessões de "brainstorming" com altos responsáveis. Foram também iniciados estudos para a regulamentação do sector, visando garantir a proteção da saúde dos consumidores. Estão igualmente a ser desenvolvidas plataformas virtuais para apoiar os engenheiros alimentares europeus na escolha da formação mais adequada para atingir os seus objetivos na profissão e levar informação aos consumidores, em especial aos mais novos, sobre os objetivos da indústria alimentar, incluindo os desafios que se colocam a estes profissionais bem como os processos que envolvem os alimentos que estão disponíveis nos supermercados.

 

Partilhe/Share