União entre biotecnologia e inteligência artificial é um propulsor de inovações sustentáveis

Conceitualmente a biotecnologia surge da união da biologia com a química e a engenharia, com o objetivo de gerar, a partir de organismos vivos, produtos ou serviços úteis à sociedade. Nos últimos anos, o desenvolvimento acelerado da inteligência artificial (IA) tem provido à biotecnologia de avançadas ferramentas de análise e predição, permitindo que novos conhecimentos sejam gerados a uma velocidade surpreendente. A COVID-19, por exemplo, acelerou o desenvolvimento da tecnologia conhecida como aprendizado de máquina ou machine learning, usada para a descoberta de novos e mais eficazes medicamentos.

Existem hoje softwares em estágio avançado de desenvolvimento que, em breve, permitirão predizer a forma tridimensional de praticamente qualquer proteína de um ser vivo sabendo apenas “ler” o DNA que codifica essa informação. Isso será extremamente útil para o desenho de drogas inovadoras contra agentes infecciosos como o SARS-CoV-2 ou no tratamento de patologias complexas como o transtorno obsessivo-compulsivo. A chave do sucesso é que a IA pensa mais rápido que nós humanos, analisa volumes gigantescos de dados em pouquíssimo tempo e consegue detectar padrões que nós não conseguiríamos.

O impacto desse tipo de ferramentas é tão grande na geração de novos conhecimentos que não podemos mais falar que a biotecnologia e a inteligência artificial estão trabalhando lado a lado: na verdade, elas estão se integrando.

Com as ferramentas que a IA fornece é possível prever a ação de uma molécula nova e seus efeitos nos organismos. Nesse campo, o surgimento dos chamados biossistemas ou organoides – pequenos agrupamentos tridimensionais de células originadas a partir de células-tronco que replicam, com precisão razoável, o comportamento de tecidos complexos, como os que formam o cérebro ou os pulmões - se aliam à IA para permitir o estudo in vitro não somente da ação de novos medicamentos e terapias, como também os efeitos de longo prazo de infecções (como a COVID-19), reduzindo a demanda de estudos em animais, dentre outros benefícios.

Uma outra área que está em franca expansão e revolucionando a indústria são os biomateriais - polímeros de origem biológica produzidos em sua maioria por bactérias e fungos, também conhecidos como bioplásticos, que podem ser utilizados na substituição dos derivados petroquímicos tradicionais.

O micélio de alguns fungos (o “corpo” do fungo, formado por filamentos emaranhados) forma estruturas esponjosas e resistentes, e já está sendo utilizado, por exemplo, na fabricação de embalagens que substituem as tradicionais bandejas de poliestireno comumente encontradas nos supermercados para acondicionar alimentos - e que geram um impacto enorme ao meio ambiente -, ou como isolamento térmico (e acolchoado) que pode ser aplicado em uma variedade de indústrias.

Já há empresas que produzem peças de mobiliário e sapatos com o mico-couro (substituto do couro tradicional de origem animal) a partir de micélio fúngico. A respeito dos biopolímeros produzidos por bactérias, além dos já largamente utilizados na indústria (como a goma xantana, por exemplo), teremos novos produtos disponíveis em breve, como um biopolímero transparente e sensível ao toque que está sendo desenvolvido para substituir a tela touchscreen dos smartphones. Todas essas inovações têm uma durabilidade aceitável, e são totalmente biodegradáveis e compostáveis.

Os biomateriais são uma categoria dentro das chamadas biomoléculas. As biomoléculas são produzidas durante o crescimento dos microrganismos em biorreatores, onde recebem nutrientes, em um ambiente de temperatura, acidez e oxigenação controladas, a fim de favorecer a multiplicação desses microrganismos. Trata-se de um processo tradicionalmente conhecido como fermentação microbiana.

As biomoléculas estão revolucionando também o agronegócio: segundo o site do Ministério da Agricultura e Pecuária, a produção de produtos biológicos para controle de pragas e doenças agrícolas cresceu mais de 70% em 2022 no Brasil, movimentando R$ 464,5 milhões ante R$ 262,4 milhões em 2017. Neste segmento, os microrganismos cultivados são predominantemente de ocorrência natural, enquanto que a indústria farmacêutica tem focado em microrganismos geneticamente manipulados (cujo DNA foi alterado para favorecer a produção de uma biomolécula específica), mercado que movimentou mais de 2 bilhões de dólares em 2022.

O conhecimento em fermentação desenvolvido na área farmacêutica se estendeu rapidamente a outros segmentos da indústria, com destaque na área de alimentos, utilizando enzimas como, por exemplo, a quimosina aplicada na produção de queijos, ou as pectinases, inserida na clarificação do suco de frutas.

Uma tecnologia que está ganhando rápido destaque na indústria alimentícia é a de fermentação de precisão, inserida no campo da chamada agricultura celular. Consiste em direcionar a maquinaria metabólica dos microrganismos para a produção de proteínas de origem animal, como por exemplo clara de ovo, proteínas do leite e gelatina, que permitem manter as propriedades organolépticas (sabor, odor, textura) dos alimentos a respeito daqueles produzidos com ovos, leite, colágeno e outros de origem animal.

Com a produção dessas biomoléculas em fábricas de fermentação microbiana, muitos problemas são eliminados sem que haja perda da qualidade final do alimento, como contaminantes (como Salmonella) e outros componentes naturalmente presentes como a lactose. Também dentro da agricultura celular encontramos a produção de células musculares em biorreatores, a chamada “carne cultivada”, que já é possível encontrar no mercado, em países como Singapura.

Perante o crescimento da população mundial e da demanda por proteína animal, a tecnologia de produção destas proteínas por fermentação poderá contribuir significativamente para atender essa necessidade de forma muito menos impactante ao meio ambiente, comparando com a pecuária tradicional. O desafio continua sendo o custo de fabricação, mas se espera que com o ganho em escala e de eficiência, esses produtos se integrem cada vez mais ao nosso dia a dia.

E é a biotecnologia, que nasceu há milhares de anos com a produção de vinho, queijos e pães, que hoje lidera essa revolução impulsionada pela inteligência artificial em direção à sustentabilidade, para nossa geração e as futuras.

Por Caroline Didier, gerente de pesquisa, desenvolvimento e inovação da Superbac