P&D em etanol no exterior
Technology Review, julho/agosto de 2006
Viabilidade comercial da produção de etanol de celulose passa por
engenheirar organismos; Craig Venter quer criar um só para isso!

A revista Technology Review publicou a reportagem "Redesigning Life to Make Ethanol" (Redesenhando a vida para fazer etanol), de Jamie Shreeve, em seu número de julho e agosto. A reportagem faz parte de um conjunto de textos elaborados pela revista (que é para o Massachusetts Institute of Technology — MIT — o que Inovação é para a Unicamp) sobre como a ciência pode evitar os malefícios causados pelas mudanças climáticas. Entre as reportagens da revista, há inclusive um ensaio fotográfico sobre a produção de etanol no Estado de São Paulo. Em seu texto, Shreeve mostra por quais caminhos a pesquisa pode tornar comercialmente viável a obtenção de etanol a partir de celulose — o material de que são feitos caule e folhas das plantas. Se essa barreira for vencida, mais etanol poderá ser produzido com a mesma área plantada; e o custo passará a ser plenamente competitivo com o dos derivados de petróleo. A reportagem indica o quanto esse campo de pesquisa se tornou importante e de resultados cobiçados; e também o risco que a tecnologia brasileira corre, se não houver investimento consistente em pesquisa e desenvolvimento no assunto.

A obtenção de etanol a partir de celulose se faz pelo processo chamado hidrólise. Existe a hidrólise enzimática, feita por meio de enzimas, por via biológica, e a ácida (a respeito, leia as entrevistas de Pedro Wongstchowski e de Carlos Rossell a Inovação). A Technology Review debruça-se sobre a hidrolise enzimática e apresenta assim a questão: "Converter celulose em etanol envolve dois passos fundamentais: quebrar as longas cadeias das moléculas de celulose em açúcares e fermentar esses açúcares em etanol". Continua dizendo que, na natureza, esses processos são encetados por fungos e bactérias — que secretam as enzimas capazes de quebrar a celulose (chamadas celulases) —, e principalmente por leveduras, quando se trata da fermentação dos açúcares em álcool. Quanto mais os cientistas forem capazes de manipular geneticamente esses microorganismos "para reduzir o número de passos no processo de conversão", mais barata ficará a hidrólise enzimática — "e mais cedo o etanol de celulose vai se tornar comercialmente competitivo".

A revista conta que a Iogen, empresa de biotecnologia canadense, começou a vender, em 2004, etanol feito de celulose — usando palha de milho como substrato e um fungo geneticamente modificado para "hiperproduzir suas enzimas que digerem celulose". Custo, no entanto, ainda é um problema para a Iogen. O preço da primeira planta comercial, esperada para 2007, atingirá US$ 500 milhões — de acordo com a Technology Review, cinco vezes o custo de uma planta convencional para a produção de etanol derivado de milho de tamanho similar.

Engenheirando organismos naturais

O repórter conversou com Greg Stephanopoulos, do MIT, especialista em processos metabólicos celulares. Sobre a tarefa à frente de um pesquisador da área, ele disse que "a questão é como engenheirar toda a rede de reações para converter os diferentes açúcares em etanol com alta produção e alta produtividade", e acrescentou que será preciso "manipular muitos genes ao mesmo tempo". O organismo ideal, diz o texto, seria aquele capaz de quebrar a celulose como uma bactéria; fermentar o açúcar como uma levedura; tolerar altas concentrações de etanol (no processo de fermentação correntemente em uso, o etanol tem de ser continuamente retirado dos tanques de fermentação, caso contrário as leveduras morrem); e produzir etanol tão exclusivamente quanto possível. Para criá-lo, uma opção seria remover as características genéticas indesejadas de um microorganismo e acrescentar genes desejados vindos de outros microorganismos. A segunda opção, conta a Technology Review, seria "construir um genoma customizado quase que do zero" em uma célula sintética.

A revista procurou também o professor de engenharia Lee Lynd, da Universidade de Dartmouth, um dos pesquisadores que seguem o primeiro caminho para criar o microorganismo ideal. O objetivo dele é "colapsar os muitos passos biologicamente mediados envolvidos na produção de etanol em um só" — modificando um organismo que metabolize celulose de maneira a incentivá-lo a produzir alta quantidade de etanol, ou engenheirando um organismo que naturalmente produza etanol para que ele também metabolize celulose. Já há resultados em duas frentes: um grupo de pesquisa da Universidade de Stellenbosch, da África do Sul, com o qual Lynd colabora, anunciou ter desenhado um fungo que quebra as moléculas de celulose e fermenta os açúcares simples resultantes em etanol. O grupo na Universidade de Dartmouth, por outro lado, modificou uma bactéria termofílica — que gosta de altas temperaturas — de tal forma que seu único produto de fermentação seja o etanol. Suportar altas temperaturas é importante, pois nelas as celulases já existentes alcançam maior eficiência. "Estamos muito mais próximos do uso comercial do que as pessoas pensam", afirmou ele, que também comercializa "tecnologia de etanol avançada" na start-up Mascoma, do Estado de Massachusetts.

Craig Venter quer criar um organismo sintético

Outra empresa engajada na busca do microorganismo que quebrará a celulose e também produzirá etanol é a Synthetic Genomics, fundada pelo famoso Craig Venter — o primeiro a seqüenciar o genoma humano. Ari Patrinos, ex-diretor associado do Escritório de Pesquisa Biológica e Ambiental do Ministério da Energia dos EUA, preside a start-up de Venter. Grande parte da pesquisa para tornar etanol comercialmente viável como combustível é financiada pelo ministério. Nas palavras de Venter, a Synthetic Genomics quer criar uma bactéria que "fará tudo". Os cientistas ligados a ele e a Patrinos trabalham para adicionar e subtrair genes de microorganismos já existentes, a mesma abordagem do grupo de Lynd, por exemplo. No entanto, o plano do pesquisador para o longo prazo é construir um microorganismo sintético que quebre celulose e fermente os açúcares exclusivamente em etanol. Para isso, pretende partir de um genoma que contenha apenas os genes necessários para manter a vida, ao qual seriam acrescentados os necessários para fabricar etanol de celulose. "Com uma célula sintética, você só tem os caminhos que quer que estejam lá", disse ele ao repórter.

Esse genoma mínimo para manter a vida não é novidade para Venter. Na década de 1990, pesquisadores do seu grupo — inclusive sua ex-mulher, Claire Frasier — mostraram que um microorganismo do sistema urinário humano, dono do menor genoma já visto em um ser vivo, com apenas 517 genes, poderia sobreviver sem quase metade de seus genes codificadores de proteínas. "Usando a seqüência de DNA desse 'genoma mínimo' como guia, eles estão agora tentando sintetizar um cromossomo artificial que, inserido em uma célula oca [da qual terão retirado seu cromossomo original, nota do E.], levará a uma forma viável de vida", detalha o texto. O passo seguinte, se tudo der certo, será construir caminhos genéticos no genoma para "instruir" a célula a quebrar celulose e, ao mesmo tempo, produzir etanol.

"Este é um campo totalmente novo à beira de explodir", resumiu Venter, que vê a imaginação, e não a biologia, como principal limite no longo prazo para os cientistas. Há mais gente que pensa como ele: Jay Keasling, bioengenheiro da Universidade da Califórnia em Berkeley, o último entrevistado da Technology Review, pretende projetar microorganismos para fabricar outro tipo de combustível — gasolina.