Biofoundries aceleram a descoberta de novas leveduras e bactérias de interesse


22 de julho de 2021  | Tempo de leitura: 4 min.

A Lesaffre prepara-se para a inauguração de uma biofoundry comercial na cidade de Lille (França), a primeira na França com este âmbito de integração e uma das maiores da Europa! Há muito espaço para inovação, seja em alimentos, rações, saúde, proteção ambiental, produção de energia ou desenvolvimento de novos materiais. Explicaremos aqui o que são essas instalações e como podem ajudar a acelerar a Pesquisa e Inovação.


Ao contrário do que o nome pode sugerir, as biofoundries não têm nada a ver com metal fundido. Em vez disso, somos apresentados a um ambiente decididamente moderno e estéril, onde dezenas de robôs e instrumentos de laboratório realizam tarefas coordenadas para realizar todos os procedimentos necessários para o sequenciamento do DNA, edição do genoma ou a seleção de microrganismos. No entanto, há uma razão específica por trás desse nome: assim como as fundições transformaram a indústria do metal no século 19, as biofoundries, também conhecidas como fundições genéticas, fundições de genoma ou fundições de DNA, são um verdadeiro avanço tecnológico. Uma biofoundry permite que os cientistas programem células em uma escala de alto rendimento, abrindo novas oportunidades de desenvolvimento para a indústria de levedura e fermentação.

 

Da biologia sintética às biofoundries

Hoje, vinte e seis instituições acadêmicas de prestígio, incluindo a Harvard University e o Imperial College London, criaram biofoundries. O desenvolvimento destas instalações enquadra-se numa tendência mais ampla, nomeadamente, um real interesse pela engenharia metabólica. Este método é usado para compreender melhor o funcionamento dos organismos vivos e / ou desenvolver dentro de um laboratório de sistemas biológicos com as propriedades desejadas, como células de levedura ou bactérias capazes de sintetizar naturalmente uma molécula de interesse terapêutico. Embora as pesquisas iniciais sobre o design da biologia datem de quase vinte anos atrás, o ano de 2010 marca o nascimento desta disciplina. Uma equipe do J. Craig Venter Institute (JCVI) encontrou uma maneira de construir um genoma bacteriano perfeitamente funcional do zero, abrindo caminho para novos microrganismos industriais. Embora tenha possibilitado a engenharia de novas cepas microbianas com base nas necessidades, também ofereceu a oportunidade de criar “fábricas vivas sob medida”, capazes de sintetizar – por fermentação em vez de quimicamente – medicamentos e biocombustíveis, bem como compostos, como o isopreno, utilizado para a fabricação de polímeros sem petróleo.

Projetadas para fazer alterações direcionadas e específicas às sequências de DNA e, às vezes, criar genes ou genomas sintéticos, as tecnologias de edição de genes têm se aprimorado constantemente nos últimos dez anos. Progresso significativo também foi feito em outros campos, como classificação rápida de células (por citometria de fluxo), automação, robótica, capacidade de armazenamento de TI e ciência de dados. Todas essas inovações combinadas, agora tornam possível usar o design auxiliado por computador, alcançar o sequenciamento rápido de grandes quantidades de DNA sintético e ter diferentes combinações de genes analisadas e testadas simultaneamente.

 

Biofoundries: aceleradores de inovação

Os processos de bioengenharia – pipetar quantidades muito pequenas de líquidos, introduzir material genético nas células, rastrear microrganismos projetados, etc. – sempre exigiram um alto nível de precisão, o que significa que eram muito demorados. Ao automatizar e sistematizar esses laboriosos processos, as biofoundries aceleram e melhoram significativamente a precisão dos ciclos de Pesquisa e Inovação, desde a engenharia de uma nova cepa de levedura até a produção e verificação do resultado. Mais importante ainda, eles também oferecem a oportunidade de projetar e testar milhares de protótipos microbianos ao mesmo tempo. Um braço robótico transfere pequenas bandejas de plástico com milhares de pequenos poços e o maior número de amostras de um instrumento para outro. Depois de criar variação genética em centenas de milhares de variantes de leveduras e cepas bacterianas, todas essas opções podem ser avaliadas simultaneamente usando protocolos automatizados e software de análise de dados para selecionar os melhores modelos.

Biofoundries também podem contribuir para o desenvolvimento de organismos não geneticamente modificados (por exemplo, em produtos alimentícios), uma vez que todas as etapas que auxiliam na seleção e cruzamento de células de levedura, por meio de uma abordagem de evolução direcionada, também podem ser automatizadas. Mesmo quando métodos mais tradicionais são usados, eles facilitam a criação rápida das cepas. Isso é particularmente importante para a Lesaffre devido ao seu compromisso de não usar organismos geneticamente modificados para aplicações em alimentos e rações.

 

Novas descobertas em preparação para a Lesaffre

A nova biofoundry a ser inaugurada será equipada com mais de 14 robôs, mais de 30 instrumentos de última geração e software de design e análise de dados, incluindo uma impressora 3D estereolitográfica por prototipagem de material de laboratório. A instalação também reunirá três tipos de experiência: especialistas em automação e engenharia de software, pesquisadores de triagem de alto rendimento e especialistas em engenharia biológica (uma mistura eclética de criadores de leveduras clássicas, engenheiros genéticos, engenheiros metabólicos, fisiologistas microbianos e biólogos de sistemas). Ela se beneficiará particularmente da tecnologia de edição de genes de ponta, especialmente depois que a Lesaffre assinou uma parceria estratégica com a Recombia Biosciences em outubro de 2020. Essa tecnologia pode ser usada para introduzir várias mudanças genéticas ao mesmo tempo, gerando, portanto, milhares de diferentes cepas de levedura simultaneamente. Isto deve expandir consideravelmente o catálogo de ingredientes de base biológica que foram sintetizados por células de levedura geneticamente reprogramadas, como compostos de biocombustíveis, substitutos do petróleo usados ​​na fabricação de materiais plásticos, moléculas de interesse terapêutico, produtos de biocontrole sem pesticidas usados ​​na agricultura, etc., além de acelerar significativamente os programas clássicos de melhoramento genético de leveduras e bactérias.

Todas as nossas unidades de negócios devem ver uma vantagem em trabalhar com a nova biofoundry, incluindo nossos padeiros, cervejeiros e enólogos: embora esses setores de alimentos sejam limitados a técnicas de desenvolvimento tradicionais, sem acesso à edição do genoma, a nova instalação pode rastrear milhares de células de levedura ao mesmo tempo, aumentando as chances de encontrar cepas de interesse, ou seja, que são mais eficientes na fermentação, criam novos sabores e geram um baixo nível de subprodutos da fermentação. Essas são perspectivas empolgantes. Com um grande número de possibilidades, algumas das combinações de genes que serão testadas podem até levar à criação de novos produtos ou aplicações nunca antes introduzidas no mercado, que responderão às necessidades reais.

Em Pesquisa e Inovação, temos sempre que estar um passo à frente para que, sempre que surgir uma necessidade, tenhamos uma forma prática de resolver. Demonstramos que podemos colocar uma ideia científica em prática antes mesmo que o cliente identifique a necessidade dela.


Carmen Arruda
Gerente de R&I na Lesaffre

Três perguntas para …

Massimo Merighi

Chefe de Engenharia Metabólica e Diretor de Biofoundry da Lesaffre

Qual será o objetivo da nova biofoundry da Lesaffre em Lille?

Ela se concentrará principalmente na triagem de alto rendimento de cepas microbianas usando métodos tradicionais de engenharia não genética. Em particular, para a Lesaffre, isso significa um forte foco em leveduras e bactérias para aplicações na panificação. Mas também testará células de leveduras e bactérias geneticamente reprogramadas na outra biofoundry que estamos construindo na Califórnia com a Recombia Biosciences. O laboratório de Lille que será inaugurado em 2022 nos permitirá realizar triagens genéticas e funcionais das diferentes novas cepas criadas. Também poderemos realizar o sequenciamento do seu genoma e analisar o mRNA e as proteínas que sintetizam, para permitir um melhor entendimento do desempenho da levedura nos diversos processos de interesse da Lesaffre, seja uma triagem laboratorial ou uma produção em uma de nossos plantas em todo o mundo.

 

Como isso vai transformar a P&I?

Este não será apenas um novo laboratório, mas um método de trabalho diferente e uma nova forma de integrar todos os nossos estágios de desenvolvimento. Ao automatizar as tarefas tanto quanto possível e processar um grande número de amostras ao mesmo tempo, o objetivo da biofoundry é acelerar o ciclo de ‘Projeto – Construção – Teste’. Antes, costumava haver um gargalo no processo. Embora pudéssemos produzir 10.000 ou mais cepas por semana, não podíamos analisá-las todas ao mesmo tempo. A biofoundry nos permitirá fazer isso usando técnicas de triagem de alto rendimento.

 

Considerando que o setor de alimentos não tem condições de utilizar processos de engenharia genética, como ele se beneficiará com a biofoundry?

Isso mesmo, não usamos engenharia genética neste setor. Mas como os métodos usados ​​nas técnicas tradicionais de desenvolvimento, como cruzamento, hibridização e mutagênese, não são tão precisos e controlados, acabamos com uma biblioteca de quase um milhão de cepas de levedura que carregam mudanças aleatórias em seus genomas. Ao nos ajudar a avaliar mil vezes mais células por unidade de tempo do que com as abordagens anteriores, a biofoundry aumentará nossas chances de identificar precisamente o que estamos procurando em um período de tempo razoável.