Enzimas Cap 19 - Sa Pereira P
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BIOCATÁLISE:ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO ECRIAÇÃO DE MERCADOS
Paula Sá-Pereira, José Cardoso Duarte,
Maria Antonieta Ferrara, Paulo S. Bergo de Lacerda,
Flávia Chaves Alves
SUMÁRIOCompatibilizar o desenvolvimento econômico com a proteção do meio ambiente, me-diante o uso racional dos recursos naturais, a preservação e a recuperação do meio am-biente e o controle da poluição, são os objetivos centrais das novas abordagens industri-ais e econômicas, muitas delas utilizando a biocatálise. Deparamo-nos com aplicaçõesversáteis da tecnologia enzimática em muitos setores industriais. Uma das maneirasmais ricas de analisar a evolução de um tipo de indústria e, ao mesmo tempo, observar astendências de seu desenvolvimento futuro é por meio das informações contidas nas pa-tentes de invenção, que guardam a evolução do estado da arte e contam a história daprodução das enzimas.
O mercado de enzimas industriais está dividido em três grandes segmentos: enzi-mas técnicas, destinadas principalmente à indústria têxtil e de produtos de limpeza; en-zimas para alimentos e bebidas, em constante crescimento devido à procura de novasaplicações na área de laticínios e panificação; e enzimas para ração animal, cujo cresci-mento tem sido mais acelerado devido ao grande interesse dos criadores de aves e suí-nos em aumentar o valor nutricional da ração e facilitar sua digestibilidade.
Ficam evidentes, por exemplo, as novas fronteiras a serem exploradas na proteçãode novas enzimas obtidas através de técnicas de DNA recombinante, em que a legislaçãonão é absolutamente clara devido à rapidez dos processos de inovação com a introduçãode técnicas cada vez mais inovadoras e específicas baseadas em engenharia genética.
A melhoria dos microrganismos produtores de enzimas de interesse industrial porprocessos de transgênese tem acelerado a substituição de atividades industriais não eco-logicamente sustentadas por tecnologias limpas e economicamente viáveis, sendo fun-damental a intensificação, a demonstração e a difusão das “biotecnologias brancas”.
1ª prova
431
19
INTRODUÇÃO
Inovação, enzimas e bioeconomia são hoje, e continuarão sendo no futuro, um trinômioindissociável. Os grandes danos e problemas ambientais que se estendem por todo o pla-neta reportam-se, em larga escala, à economia e à gestão dos recursos naturais. Estes se es-tendem, contudo, a outros domínios científicos, integrando-se e complementando-senum enquadramento inter e pluridisciplinar. Compatibilizar o desenvolvimento econô-mico com a proteção do meio ambiente, mediante o uso racional dos recursos naturais, apreservação e a recuperação do meio ambiente e o controle da poluição, são os objetivoscentrais destas novas abordagens industriais e econômicas, muitas delas utilizando bioca-tálise. Neste contexto, a “bioeconomia”, que é uma economia ecologicamente e social-mente sustentável (GEORGESCU-ROEGEN, 1977), apresenta-se como uma solução eco-nomicamente viável. A utilização da bioeconomia pretende diminuir os custos e a produ-ção, substituindo produtos sintéticos por produtos biodegradáveis e renováveis. Destaforma, a inovação deve atuar como ponte entre a economia e o meio ambiente, dentro deuma lógica de redução dos impactos ambientais negativos sem o comprometimento dacompetitividade das empresas. No entanto, o desenvolvimento e aplicação de novas tec-nologias enzimáticas necessitam de adequada discussão dos seus efeitos, abrangência eaplicabilidade sob o ponto de vista nacional e internacional.
Para que a biocatálise seja considerada uma ferramenta de rotina em processoseconomicamente sustentáveis e apresente vantagens competitivas, devem ser preenchi-das condições básicas relacionadas com a disponibilidade das enzimas a previsibilidadedo seu desempenho e o seu custo. Estes conceitos são resumidos na figura 19.1.
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO432
1ª prova
Figura 19.1 Adaptado de White Biotechnology – Gateway to a more sustainable future, EuropaBio 2003.
Tradicional
BiotecnologiaReduzido
Elevado
Custos
Altos Baixos
Impa
cto
am
bie
nta
l
ENZIMAS E A PROPRIEDADE INDUSTRIALA história da indústria de enzimas, assim como de qualquer setor industrial, pode
ser avaliada sob diversos ângulos. Uma das maneiras mais ricas de analisar a evolução deum tipo de indústria e, ao mesmo tempo, observar as tendências de seu desenvolvimen-to futuro, é por meio das informações contidas nas patentes de invenção. As patentesnão só detalham soluções técnicas precisas, como contêm referências a outros docu-mentos que procuram resolver os mesmos problemas. A história contada por elas é as-sim uma abrangente teia de relacionamentos cruzados em que a compreensão da solu-ção técnica descrita pode depender da leitura e do encadeamento de vários documen-tos de patente (ASSUMPÇÃO, 1999).
Os direitos de propriedade sobre enzimas têm grande importância para a evolu-ção e desenvolvimento desta tecnologia, atuando na área principalmente o Estado, osmeios acadêmicos e o setor privado, sendo este último, atualmente, o que o nível mun-dial mais investe no desenvolvimento e pesquisa biotecnológica.
Em Portugal, o Estado e as Universidades suportam majoritariamente o investi-mento em investigação, havendo a necessidade efetiva de aumentar os índices de parti-cipação do setor privado.
Desde que assinaram o Acordo TRIPS (Trade Related Intellectual Property), quederivou do acordo entre a OMPI (Organização Mundial da Propriedade Intelectual) e aOMC (Organização Mundial de Comércio), e que entrou em vigor em Janeiro de 1995,os países signatários deste acordo vêm aperfeiçoando e aprovando legislações relaciona-das com a propriedade intelectual, invenções, modelos de utilidade, desenhos industria-is, marcas, direitos autorais e demais formas de criação de uso industrial ou comercial.
O patenteamento de enzimas industriais é ainda reduzido quando comparadocom outras áreas do universo de patentes (tabela 19.1). O interesse por sua proteçãotende a aumentar, com benefícios óbvios. Ficam evidentes, por exemplo, as novas fron-teiras a serem exploradas na proteção de novas enzimas que são obtidas através de técni-cas de DNA recombinante, em que a legislação não é absolutamente clara devido à rapi-dez dos processos de inovação com a introdução de técnicas cada vez mais inovadoras eespecíficas baseadas em engenharia genética.
Tabela 19.1 Número total de patentes depositadas e de patentes relacionadas a enzimas em 16países.
Ano 1995 1996 1997 1998
Número de patentesrelacionadas a enzimas
74 84 108 189
Número total depatentes
12.917 14.333 13.366 18.689
Relação percentual(Enzimas/Total)
0,6 0,6 0,8 1,0
616 Fonte:Assumpção, 1999.
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 433
1ª prova
Os portfólios de patentes das empresas e instituições atuantes no setor revelamque, ao lado das companhias grandes e tradicionais, tem surgido nos últimos anos no-vos intervenientes, como pequenas empresas de base tecnológica, centros de pesquisa eempresas associadas a universidades, as spinoff. Ao mesmo tempo, tornaram-se maiscomplexas as formas de cooperação entre os novos sistemas de gestão empresarial e asempresas tradicionais.
CENÁRIO ATUAL DE ATIVIDADES DE PESQUISA,DESENVOLVIMENTO E INOVAÇÃO EM BIOCATÁLISE A NÍVELINTERNACIONALAs patentes têm sido freqüentemente usadas como uma fonte de informação sobre pes-quisa e desenvolvimento. Com o objetivo de analisar os principais setores industriaisque desenvolvem atividades de P&D em biocatálise, foi realizada uma busca de patentesacerca deste tema. Entre os anos de 2004 e 2005, foram encontradas 86 patentes sobrebiocatálise ou desenvolvimento de biocatalisadores (tabela 19.2).
Tabela 19.2 Patentes em biocatálise/biocatalisadores depositadas nos anos de 2004 e 2005
Título da patente Ano Depositante
A method for promoting biocatalyst diversity 2004 Pessoa física
Biocatalyst and method for its preparing 2004 Pessoa física
Biocatalyst for preparing invert sugar and method forpreparing invert sugar
2004 Pessoa física
Device and method for power generation and power supply 2004 Pessoa física
Direct alcoholic fuel cell using biocatalyst 2004 Pessoa física
Electrode compositions and configurations forelectrochemical bioreactor systems
2004 Pessoa física
Membrane enzyme reactor and method of producingbioproducts by using the same
2004 Pessoa física
Method for preparing biocatalyst for producingalcohol-containing sparkling drinks
2004 Pessoa física
Method for producing an aqueous acrylamide solution witha biocatalyst
2004 Pessoa física
Method for producing optically active chroman-carboxylate 2004 Pessoa física
Method for synthesising peptides peptide mimetics andproteins
2004 Pessoa física
Method for the separation of oligomeric N-substituted(meth)acrylamide compounds and conjugates thereofwhich are reversibly thermally precipitating
2004 Pessoa física
Method of manufacturing compound with biocatalyst byusing controlled reaction temperature
2004 Pessoa física
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO434
1ª prova
Tabela 19.2 Patentes em biocatálise/biocatalisadores depositadas nos anos de 2004 e 2005
Título da patente Ano Depositante
Process for preparing N-substituted 4-hydroxypiperidinesby enzymatic hudroxylation
2004 Pessoa física
Process for preparing optically active4-hydroxy-2-pyrrolidinone and n-substituted4-hydroxy-2-pyrrolidinones by enzymatic hydroxylation
2004 Pessoa física
Process for producing monomer 2004 Pessoa física
An improved process for the preparation of stableimmobilized biocatalyst
2004 Council Scient Ind Res
Biocatalyst containing a laccase 2004 Tech Uni
Ceramic composite material, for use as a biocatalyst orbiofilter, e.g. for treating polluted water, comprisesbiological material and nanoparticulate reinforcing materialembedded in a ceramic substrate
2004 Foerderung Von MedizinBio Und (De); Univ Bremen(DE)
Recombinant, fad-dependent sulfhydryl oxidases, methodfor the production thereof and their utilization
2004 Heinrich Heine UniDuesseldorf (DE)
Method and device for producing an aqueous acrylamidesolution using a biocatalyst
2004 Stockhausen Chem FabGmbh (DE)
Method for the production of an aqueous acrylamidesolution with a biocatalyst
2004 Stockhausen Chem FabGmbh (DE)
Process for protection of insoluble enzymatic biocatalysts,biocatalyst obtained thereof and bioreactor with theimmobilized biocatalyst
2004 Universidade Fed De S (Br);Fundacao de Amparo aPesquisa (BR)
Process for purifying energetic gases such as biogas andnatural gas
2004 Co2 Solution (CA)
Process for the preparation of phenolic carboxylic acidderivatives by enzymatic catalysis
2004 Ciba Sc Holding Ag (CH)
Method for producing acrylamide using film techniquemicrobiological transformation
2004 Univ Tsinghua (CN)
Serial manufacturing technique for synthesizing ethylcaproate by biologic catalyzing
2004 Shanghai Inst Of ChemicalIndu (CN)
Preparation of a macrocyclic lactone 2004 Syngenta Participations Ag(CH)
Process for making de-esterified pectins, their compositionand uses thereof
2004 Cp Kelco Aps (DK)
Simple enzymatic process for preparing cefazolin 2004 Bioferma Murcia S A (ES)
Method for controlling biooxidation reactions 2004 Cognis Corp (US)
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 435
1ª prova
Tabela 19.2 Patentes em biocatálise/biocatalisadores depositadas nos anos de 2004 e 2005
Título da patente Ano Depositante
Biological process for the production ofortho-aminophenols from nitroaromatic compounds usingmutase
2004 Us Air Force (US)
Method for producing a biomimetic membrane, biomimeticmembrane and its applications
2004 Commissariat EnergieAtomique (FR)
Control of biocatalysis reactions 2004 Tech Innovation Ltd C (GB)
Ionic liquids 2004 Univ Cambridge Tech (GB)
Polymer composite with internally distributed depositionmatter
2004 Univ Nottingham (GB)
Method for producing high-quality (meth)acrylamidepolymer using biocatalyst
2004 Daiyanitorikkusu Kk
Method for producing ammonium carboxylate usingbiocatalyst
2004 Asahi Chemical Corp
Method for using biocatalyst 2004 Daiyanitorikkusu Kk
Method of purifying aqueous amide compound solutionand process for producing amide compound
2004 Dia Nitrix Co Ltd (JP)
Transesterification reaction method using biocatalyst inordinary temperature-meltable salt
2004 Kuraray Co. (JP)
Selective functionalization of hydrocarbons with isolatedoxygenases and mediator based regeneration
2004 Mitsubishi Gas Chemical Co(JP)
Method for producing ester 2004 Mitsubishi Rayon Co
Method of producing dl-methionine 2004 Nippon Soda Co
Process for the production of methionine 2004 Nippon Soda Co (JP)
Method for completely decomposing bisphenol 2004 Univ Nihon
Aqueous acrylamide solution containing saccharide 2005 Pessoa física
Chaotic fermentation of ethanol 2005 Pessoa física
Enzymatic substrate hydrolysis method 2005 Pessoa física
Immobilized biocatalyst method for production thereof andmethod for production of lactic acid using the same
2005 Pessoa física
Method for obtaining stable magnetically controlledbiocatalyst
2005 Pessoa física
Method for preparing biocatalyst and biocatalyst fordetoxifying organophosphorus compounds
2005 Pessoa física
Method for producing a food product, food product andbarm for producing said variants (variants)
2005 Pessoa física
Microbial N-and O-demethylation of a thebaine derivative 2005 Pessoa física
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO436
1ª prova
Tabela 19.2 Patentes em biocatálise/biocatalisadores depositadas nos anos de 2004 e 2005
Título da patente Ano Depositante
Plant enzymes for bioconversion 2005 Pessoa física
Polymer composition loaded with cells 2005 Pessoa física
Process for preparing a biocatalyst with a polyvinyl alcoholgel and biocatalyst produced by this process
2005 Pessoa física
Process for the production of compounds in the presenceof bacteria or cells in a two-phase system
2005 Pessoa física
Product removal process for use in a biofermentationsystem
2005 Pessoa física
Stabilized biocatalysts and methods of bioconversion usingthe same
2005 Pessoa física
Surfactant biocatalyst for remediation of recalcitrantorganics and heavy metals
2005 Pessoa física
Waste water treatment biocatalyst 2005 Pessoa física
Process for producing ammonium salt of alpha-hydroxyacid with biocatalyst
2005 Nippon Soda Co (JP);Kobayashi Youichi (JP)
Method and system for detecting nucleic acids 2005 Yissum Res Dev Co
Alcohol dehydrogenases with increased solvent andtemperature stability
2005 Ciba Sc Holding Ag (CH)
Enzyme-bacterium complex biocatalyst and preparationmethod thereof
2005 Guizhou University (CN)
Foodstuff, feed stuff external digestion processingtechnology
2005 Jiangsu Muyang Group CoLtd (CN)
Immobilization of biocatalyst 2005 Lonza Ag (CH)
Method for cleaving ether bond in polyethoxylate 2005 Nat Central Univ.
Process for preparing phenol resin by using phenothiazinesmediator
2005 Korea Res Inst Chem Tech(KR)
Electron mediator, electron mediator immobilizedelectrode, and biofuel cell using the electrode
2005 Daiichi Pure Chemicals CoLtd (US)
Immobilization of biocatalysts by template-directed silicateprecipitation
2005 Genencor Int (US); DowCorning (US)
Non-homogeneous systems for the resolution ofenantiomeric mixtures
2005 Gilead Sciences Inc (US)
Biocatalyst chamber encapsulation system forbioremediation and fermentation with improved rotor
2005 Kbi Biopharma Inc (US)
Methods for the preparation of stereoisomerically enrichedamines
2005 Pfizer (US)
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 437
1ª prova
Tabela 19.2 Patentes em biocatálise/biocatalisadores depositadas nos anos de 2004 e 2005
Título da patente Ano Depositante
Process for the production and recovery of hydrocarbons 2005 Tno (NL)
Biocatalytic manufacturing of (meth)acrylylcholine or2-(N,N-dimethylamino)ethyl (meth)acrylate
2005 Ciba Spec Chem WaterTreat Ltd (GB)
Manufacture of amides 2005 Ciba Spec Chem WaterTreat Ltd (GB)
Desaturase Enzymes 2005 Univ York (GB)
Electronic mediator, electronic mediator fixation electrode,and biofuel cell using this
2005 Daiichi Pure Chemicals CoLtd
Biocatalyst for producing d-lactic acid 2005 Mitsui Chemicals Inc (JP)
Immobilized biocatalyst and process for producing organicacid salt with the same
2005 Nippon Soda Co (JP)
Method for receiving immobilized biocatalyst featuringlipolytic action
2005 Univ Warminsko MazurskiW Olsz (PL)
Method for producing hydrocarbons andoxygen-containing compounds, from biomass
2005 Swedish Biofuels Ab (SE)
Process for producing cytidine 5’-diphosphate choline 2005 Pessoa física
Strain of Rhodococcus rhodochrous Ncimb 41164 and itsuse as producer of nitrile hydratase
2005 Ciba Spec Chem WaterTreat Ltd (GB)
Fonte: www. spacenet.com.
Dentro do universo de patentes encontradas, é possível estabelecer dois referenci-ais de origem: em relação ao tipo de depositante (empresas, institutos de pesquisa/uni-versidades e pessoa física) e em relação ao país depositante.
No que se refere ao tipo de depositante, é possível perceber que há uma distribui-ção homogênea entre o número de patentes depositadas por empresas e por pessoas fí-sicas. Já as patentes depositadas por universidades ou institutos de pesquisa estão empercentual inferior (figura 19.2).
Considerando a utilização comercial de biocatalisadores, os resultados de maiorinteresse são os relacionados às empresas, pois são elas que ditam a dinâmica do merca-do, lançando novos produtos e processos para os demais setores industriais.
A figura 19.3 apresenta um panorama da distribuição das patentes registradas porempresas segundo o país depositante. Observa-se que nos anos de 2004 e 2005, o Japãofoi o principal responsável pelo registro de patentes em biocatálise/biocatalisadores(43% dos registros), seguido pelos Estados Unidos da América e Inglaterra. É importan-te ressaltar a ausência do Brasil nesta distribuição. Dentre as 24 empresas que deposita-ram patentes em biocatálise/biocatalisadores nos anos de 2004 e 2005, quinze atuamno setor químico, principalmente em especialidades químicas. As demais estãorelacionadas a processos e ciências da vida (tabela 19.3).
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO438
1ª prova
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 439
1ª prova
Figura 19.2 Distribuição de patentes nas áreas de biocatálise/biocatalisadores por tipo dedepositante nos anos de 2004 e 2005. Elaboração própria a partir de consulta ao sitehttp://www.espacenet.com, direcionado à pesquisa de patentes no mundo.
Distribuição de patentes por tipo de depositante
Empresas41%
Pessoa física38%
Universidades/Institutos de
Pesquisa21%
Figura 19.3 Distribuição das patentes registradas em biocatálise/biocatalisadores por empresassegundo o país depositante nos anos de 2004 e 2005. Fonte: Elaboração própria a partir de consultaao site www.espacenet.com, direcionado à pesquisa de patentes no mundo.
China 3%
Canadá 3%Alemanha 6%
Dinamarca 3%
Espanha 3%
Suiça 12%
Japão 43%
EUA 15%
Inglaterra 12%
Tabela 19.3 Empresas depositantes de patentes em biocatálise/biocatalisadores nos anos de2004 e 2005.
Depositante Setor PaísNúmero depatentes
Asahi Chemical Corp Química Japão 1
Bioferma Murcia S/A Otimização de processos Espanha 1
Ciba SC Holding Ag. Especialidades químicas Suíça 2
Ciba Spec Chem Water Treat Ltd. Especialidades químicas Inglaterra 3
CO2 Solution Processos Canadá 1
Cognis Corp. Química fina EUA 1
Cp Kelco Aps Colóides Dinamarca 1
Daiichi Pure Chemicals Co. Ltd. Especialidades químicas Japão 2
Daiyanitorikkusu KK Química Japão 2
Dia Nitrix Co. Ltd. Química Japão 1
Genencor International Enzimas EUA 1
Gilead Sciences Inc. Biofarmacêutica EUA 1
Jiangsu Muyang Group Co. Ltd. Equipamentos China 1
Kbi Biopharma Inc. Desenvolvimento de métodosanalíticos para indústriafarmacêutica
EUA 1
Kuraray Co. Química Japão 1
Lonza Ag. Intermediários químicos efarmacêuticos
Suíça 1
Mitsubishi Gas Chemical Co. Química Japão 1
Mitsubishi Rayon Co. Química Japão 1
Mitsui Chemicals Inc. Química básica Japão 1
Nippon Soda Co. Química Japão 4
Pfizer Farmacêutica EUA 1
Stockhausen Chem Fab Gmbh Química Alemanha 2
Syngenta Participations Ag. Sementes e proteção aocultivo
Suiça 1
Tech Innovation Ltd. Tecnologia em bioprocessos Inglaterra 1
Fonte: Elaboração própria a partir de consulta ao site www.espacenet.com, direcionado à pesquisa de patentesno mundo.
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO440
1ª prova
EVOLUÇÃO DO MERCADO DE ENZIMASFoi somente no final do século XIX que surgiram as primeiras evidências científicas deque os microrganismos possuem substâncias químicas capazes de catalisar reações quí-micas. Assim sendo, Eduard Buchner recebeu o Prêmio Nobel da Química em 1907 porter descoberto o processo de fermentação na ausência de células íntegras. Em meadosdos anos 50, a enzimologia teve sua época de grande esplendor, crescendo em ritmoacelerado. A compreensão dos processos bioquímicos conduziu a um melhor conheci-mento das enzimas presentes nas células e ao seu modo de ação. A extração e purifica-ção das enzimas a partir das células microbianas permitiu seu estudo no estado puro,sem interferência na sua atividade causada por outros componentes celulares.
No início dos anos 1970, a tecnologia enzimática foi influenciada diretamentepelo desenvolvimento industrial, dirigindo-se à produção adoçantes a partir da isomeri-zação da dextrose a frutose (High Fructose Corn Syrup, HFCS) e de aminoácidos. Na-quela época, os mercados americano e europeu dominavam a comercialização de enzi-mas proteolíticas, aplicadas, como ainda hoje, na indústria de detergentes. Paralela-mente, havia grande expectativa no desenvolvimento do mercado de aplicação de enzi-mas na indústria alimentar (AEHLE, 2004). Dez anos depois, o mercado de enzimaspara a produção de adoçantes aumentou para cerca de 250 milhões de dólares.
Presentemente, verifica-se uma grande expansão da aplicação da tecnologia enzi-mática a muitos setores industriais, como por exemplo, na indústria farmacêutica, naindústria de curtumes, na indústria têxtil, na biorremediação etc.
As pressões governamentais, a regulamentação severa, as novas tecnologias e asdescobertas científicas, no entanto, condicionam o crescimento do mercado das enzi-mas. O desenvolvimento de tecnologias com base enzimática tem direta correlaçãocom a procura de novos produtos para diferentes segmentos do mercado. Alem disso,as empresas preocupam-se com o aumento do faturamento, para incremento do lucroe redução dos custos de produção.
Um dos mais importantes documentos publicados nos últimos anos relacionados àprodução de enzimas resultou de um workshop realizado em Palo Alto, Califórnia, so-bre “Novos biocatalisadores para o século XXI” (Scouten and Petersen, 2000). Este en-contro apresentou o esforço e a contribuição científica de cerca de 50 investigadores eindustriais, peritos mundiais em biocatálise e o documento resultante faz um levanta-mento e uma previsão detalhada do futuro mundial da biocatálise. A partir disso, foi de-senvolvido um plano estratégico para o desenvolvimento e utilização de uma novageração de biocatalisadores para o século XXI.
A investigação e desenvolvimento de enzimas com aplicação industrial e o seu es-paço de mercado estão subdivididos em várias categorias. As empresas produzem enzi-mas para bens de consumo usadas diretamente na formulação de detergentes e produ-tos de limpeza, ou indiretamente, na indústria transformadora, bem como na valoriza-ção de processos na indústria têxtil, de couros, de papel e celulose, de bebidas fermen-tadas e de produtos alimentares, incluindo adoçantes. As enzimas são usadas igualmen-te na formulação de rações animais visando aumentar seu valor nutricional e digestibili-
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 441
1ª prova
dade. Outras empresas desenvolvem sistemas industriais de conversão de biomassa paratransformação enzimática de resíduos agrícolas em etanol, usando, por exemplo, oamido de milho (HARDIN, 1996). Ultimamente, verifica-se a introdução de enzimas naprodução de plásticos derivados de matérias primas não originadas do petróleo, naprodução de fontes alternativas de energia, como os biocombustíveis, ou outrosmateriais relacionados.
Existem, também, empresas fornecedoras de tecnologia, que detém elevado nívelde conhecimento e propriedade intelectual em microrganismos, screening e evoluçãodirigida e/ou otimização de processos usando engenharia genética para design de no-vas estirpes hiperprodutoras de enzimas com atividade catalítica de interesse industrial.Finalmente, a biodefesa pode hoje ser considerada uma área em franco desenvolvimen-to na qual a aplicação das enzimas é extremamente especializada.
A maior fatia de absorção de enzimas continua a ser da indústria farmacêutica, emque o crescimento é mantido pela substituição de terapias tradicionais por terapias en-zimáticas e novos agentes trombolíticos. Espera-se para os próximos oito anos um cres-cimento significativo do mercado de novos produtos, como novas lipases, que continua-rão a reforçar o mercado dos detergentes e o da química fina, e novos produtos de tera-pêutica enzimática, como a glicocerebrosidase. O mercado de enzimas americano ab-sorverá um crescimento de cerca de 7% ao ano até 2006 (FREEDONIA®, 2002).
Das várias empresas que têm as enzimas como atividade central (core business) (ta-bela 19.4), a NovoZymes (Baegsverd, Dinamarca) tem a liderança da área há algumasdécadas. Esta empresa inclui em seu portfólio várias centenas de enzimas, muitas dasquais com produção da ordem das quilotoneladas por ano, e injeta no mercado entrecinco e sete novos produtos por ano.
Tabela 19.4 Lista representativa das aplicações enzimáticas industriais e produtos. As empresaslistadas poderão oferecer uma maior gama de enzimas não industriais ou outras plataformas detecnologia
Empresas Atividade central (Core business)
Abengoa Bioenergy R&D (Chesterfield, USA) Desenvolvimento de plataformas de conversãode biomassa-etanol como para combustíveladitivo
Advanced Biochemicals (Mahrasthra, Índia) Produção de enzimas
Alligator Bioscience (Lund, Sweden) Evolução dirigida, plataforma FINDTM(Fragment-INduced Diversity)
Angel Biotechnology (Northumberland, UK) Melhoramento de estirpes, contratos deprodução
Biocatalytics (Pasadena, USA) Desenvolvimento de processos de catálise
Biocon (Bangalore, India) Produção de enzimas, plataforma defermentação PlaFractorTM
Biométhodes (Evry, France) Evolução dirigida por MassiveMutagenesis?
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO442
1ª prova
Tabela 19.4 Lista representativa das aplicações enzimáticas industriais e produtos. As empresaslistadas poderão oferecer uma maior gama de enzimas não industriais ou outras plataformas detecnologia
Empresas Atividade central (Core business)
BRAIN Biotech (Zwingenberg, Germany) Bibliotecas de enzimas
Codexis (subsidiária da Maxigen) (Malvern,USA)
Evolução dirigida
Cargill (Minneapolis, USA) Conversão de biomassa para produção depolímeros
Cargill Dow Enzimas para a industria, consumidores emercados agrícolas
Danisco (Copenhagen, Denmark) Enzimas para alimentos, moagem de grãos eprodutos de confeitaria e padaria, Grindamyl™,xilanases, amilases, lipases, proteases
Degussa (Waukesha, USA) Bioquímicos e químicos de performance
Direvo (Cologne, Germany) Evolução dirigida baseada no screening degenes e proteínas
Diversa (San Diego, USA) Evolução dirigida e diversidade
DSM (Heerlen, (NL) Bioquímicos e químicos de performance,alimentos, rações, têxteis, pasta e papel, bebiasfermentadas
DuPont Bio-Based Materials Conversão de biomassa para produção depolímeros
DuPont (Wilmington, USA) Catálise para melhoria de bens de consumo
Dyadic (Florida, USA) Produção de enzimas, desenvolvimento demicrorganismos (isolamento, expressão eoptimização)
Enzymotec (Migdal HaEmeq, Israel) Plataforma Amiet® para modificação eoptimização de enzimas
Genencor International (Palo Alto, USA) Enzimas para o consumidor e mercadosindustriais e de processamento de produtosagrícolas
Givaudan Flavours (Vernier, F) Enzimas e bioprocessos para consumidores deprodutos
Fonte: GEN, 2004.
Fonte: A. Liese, K. Seelbach, C. Wandrey - Industrial Biotransformations, 2006, Practical Approach – Wiley-VCH,Weinhein.
(*) ee (%) (excesso enantiomérico percentual) representa o excesso de um enantiômero sobre a mistura racema-to (50% de cada isômero R ou S), sendo calculado como se segue: ee (%) = (a1 – a2) / (a1 + a2) . 100. (a1 e a2 corres-pondem aos enantiômeros em maior e menor quantidade, respectivamente.
ND: não descrito
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 443
1ª prova
Este grau de penetração no mercado só pode ser atingido se a empresa investir for-temente na criação de propriedade intelectual, no desenvolvimento de bioprocessos ena infra-estrutura de produção, tendo como objetivo a otimização do binômio cus-to-competitividade. Estes fatores coordenados permitirão tornar as empresas competi-tivas e, portanto ganhadoras na economia de escala (GEN, 2004).
Ao contrário de outros países, onde os investidores encaram as empresas de base tec-nológica como uma nova área a explorar, em Portugal a situação é caracterizada, por umlado, pela falta de uma cultura verdadeira de capital de risco e, por outro, pelo desconhe-cimento do negócio por parte dos investidores, o que exige redobrados esforços na capta-ção de investidores que apostem no setor industrial da Biotecnologia, em particular naprodução de novas enzimas. Alguns empreendedores acreditam que, em Portugal, é pos-sível lançar novas enzimas no mercado usando biotecnologias de ponta, mas um dos pro-blemas graves da indústria portuguesa reside, em parte, no fraco desenvolvimento da es-fera financeira e no apoio ao empreendedorismo pelo financiamento do capital de risco.
O desenvolvimento da tecnologia enzimática para criação de novas enzimas comnovas utilizações pode ser afetado por questões relacionadas com a regulamentação doEstado e com a aceitação do público. A última questão é provavelmente a mais difícil deultrapassar. A constituição de capital, em que é crucial o acesso ao financiamento, prin-cipalmente em capital de risco, e a disponibilidade dos investidores para realizar eleva-dos investimentos iniciais, necessários desde a fase de investigação e desenvolvimento,que engloba, a aquisição de equipamentos específicos e a construção de infra-estrutu-ras necessárias, são vitais para o desenvolvimento e implementação deste tipo de negó-cio. Por outro lado, tal como já foi referido, a propriedade intelectual e as novas idéiascom eventual potencial de mercado devem ser mais do que patentes de princípioslaboratoriais, o que torna mais elevados os custos de produção de produtos biotecnoló-gicos com aceitação pelo mercado.
Enzimas aplicadas à agroindústriaAs previsões de crescimento da aplicação de enzimas na agroindústria são influenciadaspelo aumento na demanda de fitase e outras enzimas associadas à formulação de raçõespara animais. As carboidrases mantêm-se, no entanto como o maior mercado da áreadevido à sua incorporação na indústria do amido de milho.
Enzimas na indústria de papel e celuloseUma área de grande potencial para utilização de enzimas é a indústria de polpa e papel.Recentemente, foram comercializadas novas enzimas que são aplicadas na remoção dedepósitos no equipamento de produção de papel. A limpeza tradicional requer álcalisou ácidos fortes, que representam um grande perigo para os trabalhadores, e dão ori-gem a problemas ambientais devido ao aumento de descargas de efluentes na água resi-dual das fábricas. As enzimas podem assim ajudar as fábricas a proteger seus trabalhado-res, e a cumprir as leis ambientais. A Buckman Laboratories, importante fornecedor deprodutos químicos especializados para indústria de papel e celulose, desenvolveu uma
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linha de agentes de limpeza à base de enzimas. Esses produtos contêm enzimas produzi-das pela Novo Nordisk e fazem parte da linha de produtos Neoteric® de compostosquímicos para fabricação de papel da Buckman.
Outra aplicação de enzimas na indústria de papel e celulose é no branqueamento daspastas, tradicionalmente feito com produtos à base de cloro. Hoje, por questões ambienta-is,ocloro,muito tóxico,está sendosubstituídoporenzimas, comoasxilanasesecelulases.
Enzimas na indústria de raçõesO mercado de enzimas em alimentos compostos para animais tem aumentado bastan-te, com grande relevância para aves, devido ao custo cada vez maior das matérias primastradicionais e a busca por outros ingredientes alternativos. As enzimas também são em-pregadas para reduzir a contaminação ambiental com nutrientes nas fezes, tais como ofósforo, nitrogênio, cobre e zinco (AHUJA et alii, 2004). Além disso, existe uma preocu-pação cada vez maior com a adição de aditivos antimicrobianos nas rações.
Enzimas na indústria de detergentesUm dos setores industriais mais competitivos e que tem estado numa evolução constan-te reagindo positivamente às pressões do mercado, é o setor de detergentes. Várias em-presas de grande peso a nível econômico e que contribuem de um modo efetivo para ovalor do PIB de cada país sabem que cada vez mais o consumidor está exigindo opçõesambientalmente corretas, mais semelhantes ao que estava em uso e, acima de tudo,mais inovadoras. A ação dos detergentes enzimáticos é rápida e semelhante à digestão.Isto é devido à presença das enzimas, mais eficientes sobre a matéria orgânica do que osdetergentes iônicos, porque agem de forma específica e não danificam os materiaisconstituintes dos equipamentos e instrumentos. Os detergentes enzimáticos são superi-ores aos detergentes comuns porque agem na etapa da limpeza completa dos materiais,removendo detritos e sujeiras, especialmente matéria orgânica, tendo como conse-qüência a diminuição de grande parte dos microrganismos presentes. Como estamosna era da “desinfecção compulsiva” e os novos consumidores têm apetite voraz por no-vos produtos, as constantes inovações nesta área aumentam o status do produto e, con-seqüentemente, sua aceitação pela sociedade. Assim, neste novo conceito de consu-mo/inovação, há necessidade constante de implementar novas marcas de detergentespara atrair a preferência do consumidor. Atualmente, pela utilização de ferramentaspotentes como a Biotecnologia e a tecnologia que lhe está associada, as possibilidadesde atingir este objetivo são inesgotáveis. A utilização de enzimas na formulação dedetergentes fortalece a imagem do produto junto aos consumidores e impulsiona paradesenvolvimento de novos produtos (QING e ZHANG, 2002).
Enzimas na indústria têxtilNum mercado global cada vez mais competitivo que representa cerca de 700 bilhões dedólares, a indústria têxtil procura novas formas de inovação, através da via biotecnológi-ca. A pressão da legislação impulsiona a industria têxtil no sentido da produção maislimpa e com menor impacto ambiental.
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 445
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A indústria têxtil utiliza enzimas nas fases de fiação, tingimento e acabamento dostecidos. Estas enzimas atuam em várias fases, como na limpeza de superfície do materiale redução das pilosidades; e no melhoramento de características de toque (maciez). Ascelulases são usadas em substituição à pedra pomes para dar a aparência envelhecida(stonewashed) aos jeans. Elas ajudam no processo de desbotar o jeans (biostoning) epodem ser utilizadas juntamente com as pedras ou isoladamente. São exemplos a Ecos-tone® e a Biotouch®, da AB Enzymes. As celulases são ainda empregadas para tornar ostecidos mais lisos e macios, removendo as fibras superficiais.
A catalase e as peroxidases decompõem o peróxido de hidrogênio residual após obranqueamento das fibras de algodão. A utilização destas enzimas favorece a reduçãodo consumo de produtos químicos, de energia e de água.
A amilase bacteriana termoestável é empregada para desgomagem de produtostêxteis, processo pelo qual se remove do tecido a pasta de amido usada no processo defiação. No processo tradicional, os produtos têxteis eram tratados com ácidos, bases ouagentes oxidantes, ou embebidos em água durante vários dias para que os microrganis-mos que existem naturalmente nas fibras pudessem decompor a goma do tecido.
Enzimas de origem recombinante na indústria de alimentosUm novo estudo, realizado pelos analistas Frost & Sullivan, que cobre os segmentos maisimportantes do mercado de enzimas para a indústria alimentar, demonstrou que só em2003, este comportou transações de cerca de 142 milhões de dólares. Mas, neste merca-do, o setor mais inovador correspondeu às enzimas produzidas por tecnologia de enge-nharia genética, ou seja, a partir de organismos geneticamente modificados (OGMs). Asenzimas usadas no processamento de amido e açúcares constituem o mais importante se-tor do mercado, com a fatia de 43,7% . Cerca de 90% destas enzimas são usadas na produ-ção de xarope com elevado teor de frutose, para adoçar bebidas gasosas e guloseimas. Emsegundo e terceiro lugar, com cota de mercado equivalente, encontram-se as enzimasusadas no processamento de produtos lácteos e panificação. A controvérsia sobre osOGMs e a desconfiança crescente dos consumidores frente a esta tecnologia afeta a pro-dução de enzimas aplicadas na indústria da panificação. Olhando para o mercado extre-mamente competitivo das enzimas para alimentação, os indicadores sugerem que estenão oferece espaço para mais intervenientes. Consequentemente, a expansão do merca-do terá por base a capacidade de inovação dos atuais produtores.
Enzimas na indústria de química finaAs propriedades especiais das enzimas como catalisadores, tais como a estéreo-, régio- equimio-seletividade, têm estimulado, nos últimos anos, a aplicação industrial da biocatáli-se para obtenção de moléculas de alto valor agregado. Além da elevada especificidade eeficiência catalítica, as enzimas apresentam a vantagem de empregar condições reaciona-is (temperatura, pressão, pH) moderadas e com minimização de reações secundárias in-desejáveis.
A tabela 19.5 apresenta exemplos de processos industriais na área de química finaque utilizam intermediários de síntese produzidos por biocatálise.
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CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 447
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Enzimas de aplicação terapêuticaNas últimas décadas, a medicina e a investigação terapêutica obtiveram progressos subs-tanciais que levaram à diminuição da mortalidade, ao aumento da perspectiva de vida eà erradicação de determinadas doenças.
O registro do uso de enzimas como parte da terapia de deficiências de origem gené-tica data dos anos 60 (DE DUVE, 1966). A terapia de reposição enzimática, uma das tera-pias biotecnológicas mais avançadas, já é amplamente aplicada há mais de 10 anos aos do-entes de doenças de acumulação lisossômica como as doenças de Gaucher, Fabry e Hur-ler. Nos Estados Unidos foi criado, em 1982, o OOPD (Office of Orphan Products Deve-lopement), ligado a FDA, e foi instituído em 1983 (Public Law 97-414, de 04/01/83) umprotocolo de promoção do desenvolvimento de medicamentos órfãos, o Orphan DrugAct (ODA) (FDA, 2000) visando incentivar as empresas farmacêuticas a desenvolver no-vos tratamentos para doenças que afetam uma pequena parcela da população (menos de200.000). Na Europa e Austrália, existe uma legislação que fornece proteção e incentivosequivalentes (VELLARD, 2003). Em 1991, a Adagen®, uma forma bovina da adenosinadeaminase (pegadamase) foi a primeira enzima terapêutica a ser aprovada pela FDA noâmbito do Orphan Drug Act. A Genzyme foi pioneira em terapia de reposição enzimáticae iniciou em Portugal o tratamento de 2 doentes portadores de Doença de Gaucher noano de 1993. Atualmente, o conjunto de doenças raras que são tratadas pela Genzyme en-globa a Doença de Gaucher, a Doença de Fabry e a Mucopolissacaridose tipo I, bemcomo, num futuro próximo, a Doença de Pompe e a Doença de Niemann-Pick tipo B. AArexis AB, uma multinacional sueca, anunciou recentemente o sucesso da fase II dos tes-tes clínicos da sua terapia de reposição enzimática para o tratamento da má absorção de li-pídeos em doentes com fibrose cística.
Preparações enzimáticas comerciais de uso tópico contendo enzimas proteolíticassão amplamente empregadas para a cicatrização de tecidos. Entre as enzimas mais utiliza-das, pode-se citar a colagenase (Iruxol Mono®, Kollagenase®, Santyl®), a fibrinolisina (Fi-brase®), a Lizipaina® (papaína e lisozima) a Elase® (fibrinolisina e desoxirribonuclease).
Podem ser citadas ainda enzimas para utilização em doenças infecto-contagiosascomo a lisozima, que também apresenta atividade contra o vírus HIV, assim como tambéma Rnase A e a Rnase urinaria U, que atuam sobre RNA viral (LEE-HUANG et alii, 1999).
Está crescendo a aplicação de enzimas no tratamento de câncer, como exemplo, aarginina deaminase, que consegue inibir a progressão do melanoma humano e os carci-nomas hepatocelulares. Recentemente, foi lançada no mercado uma nova enzima, aOncaspar® (pegaspargase) que apresenta bons resultados na leucemia linfoblásticaaguda recente em crianças.
Os avanços na área de biologia molecular têm impulsionado o crescimento do se-tor. Em 1987 foi aprovada pela Food and Drug Administration (FDA) a primeira enzi-ma recombinante de uso terapêutico, a Activase® (alteplase, ativador tecidular recom-binante do plasminogênio humano). Esta enzima, usada no tratamento de coágulossanguíneos, foi à segunda proteína recombinante a ser comercializada, já que aprimeira foi a insulina, em 1982.
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO450
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Além dos avanços nos projetos de decodificação de genomas, vários esforços estãosendo concentrados nos projetos proteoma que visam mapear e caracterizar a totalida-de das proteínas de um organismo. A compreensão da organização e funcionamentodos diferentes genomas poderá mostrar as vias metabólicas peculiares que serviriamcomo alvos para o desenvolvimento de drogas específicas. O conjunto de dados gera-dos, associados com os avanços obtidos na expressão de genes utilizando técnicas deDNA recombinante, permite hoje a obtenção de dados cristalográficos de uma grandequantidade de proteínas.
É muito provável que haja genes que codificam enzimas que poderiam ser alvos po-tenciais para o desenvolvimento de novos fármacos. Estas drogas poderiam ser aplicadas,por exemplo, na quimioterapia de doenças, para as quais não há vacinas disponíveis; e de-veriam ser efetivas contra os organismos patogênicos e absolutamente inócuas para o hos-pedeiro. Pode iniciar-se então uma nova era da Biotecnologia a Farmacogenômica. No-vos avanços nunca dantes imaginados no campo das proteínas artificiais são agora tam-bém uma realidade. Foi produzida a primeira proteína artificial pelo Dr. David Baker e asua equipa (KUHLMAN et alii, 2003) da Universidade de Washington que anunciaram aconstrução da Top7 com sofisticados algoritmos matemáticos. Em um futuro próximo,devido ao grande avanço tecnológico em andamento, serão obtidas novas enzimas tera-pêuticas.
MERCADO MUNDIAL DE ENZIMAS
Os dados sobre o mercado mundial de enzimas apresentados a seguir foram obtidos doestudo World Enzimes to 2009, elaborado pela empresa de consultoria FreedoniaGroup Incorporated. Segundo a empresa, os dados foram compilados a partir de fontesprimárias e secundárias, com agências governamentais de estatística, associações co-merciais, embaixadas e empresas ligadas ao setor. Todos os valores de demanda para osanos de 2005 em diante são projeções feitas com base na expectativa de crescimentodesta demanda.
A indústria mundial de enzimas obteve um faturamento total de US$ 3,7 bilhões em2004, com previsão de crescimento da demanda mundial de 6,5% ao ano até 2009. Paísescomo China, Índia e Coréia do Sul apresentam maior oportunidade de crescimento nosetor. Em termos da divisão geográfica do consumo de enzimas, os Estados Unidos daAmérica respondem por 34% do mercado, confugurando-se como o maior consumidor.
O mercado de enzimas está dividido em dois grandes segmentos: enzimas industriais(enzimas técnicas, enzimasparaa indústriadealimentoseenzimaspararaçãoanimal)een-zimas especiais (enzimas terapêuticas, enzimas para diagnóstico, enzimas para química qui-ral e enzimas para pesquisa). Emtermos percentuais, as enzimas de uso industrial represen-tam mais de 60% do mercado mundial de enzimas. Para os próximos 10 anos, espera-se umcrescimento na participação de enzimas especiais, atingindo uma proporção de 42,6% em2014 (figura 19.4).
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 451
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Enzimas industriaisNo que diz respeito ao mercado de enzimas industriais, o faturamento em 2004 so-
mouUS$2,3bilhões, comumcrescimento esperado para os próximos dez anos de 5,7% aoano,emvalor transacionado,podendoatingirUS$4bilhõesnoanode2014(figura19.4).
O mercado de enzimas industriais está dividido em três segmentos: enzimas técni-cas, destinadas principalmente aos setores de produtos de limpeza, têxtil, de couros, deálcool como combustível e de papel e celulose; enzimas para alimentos e bebidas; e en-zimas para ração animal. As principais enzimas industriais são: proteases, amilases, lipa-ses, celulases, xilanases e fitases. Proteases e amilases lideram o mercado, respondendopor 25% e 15% do mercado respectivamente. As preparações de enzimas industriaissão, em muitos casos, formulações com diferentes atividades de acordo com o seu uso,desenhadas para atender as necessidades. A figura 19.5 apresenta a demanda mundialde enzimas industriais por mercado.
O segmento de enzimas técnicas apresenta um volume de vendas da ordem deUS$ 1 bilhão, com cerca de 30% do mercado constituído pelas enzimas destinadas à in-dústria de produtos de limpeza. As principais enzimas técnicas comercializadas mundi-almente são as lipases, amilases, proteases e celulases.
O segmento de enzimas para alimentos e bebidas está em constante crescimento,com previsão de crescimento acima da média nos próximos anos devido à procura de
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Figura 19.4 Demanda mundial de enzimas industriais e especiais. Fonte: Estudo “World Enzimes to2009”, Freedonia Group Incorporated. * projeção
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Enzimas industriais Enzimas especiais
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novas aplicações na área de laticínios e panificação. Amilases, peptidases, pectinases eglicose isomerase são enzimas de uso consagrado neste setor.
O segmento de enzimas para ração animal tem apresentado o crescimento maisacelerado devido ao grande interesse dos criadores de aves e suínos em aumentar o va-lor nutricional da ração e facilitar sua digestibilidade, visando maximizar o ganho depeso de seus animais. As principais enzimas utilizadas neste setor são: fitases, xilanases,proteases e amilases. Os principais obstáculos para o aumento do uso de enzimas em ra-ção animal incluem a baixa atividade catalítica, instabilidade e alto custo de produçãodestas enzimas.
Carboidrases
Amilases e celulases são as enzimas do grupo das carboidrases de maior impacto econômi-co. Juntas, respondem por 23% do total das enzimas de uso industrial. No entanto, estepercentual vem sofrendo uma diminuição ao longo dos anos. Em um horizonte de 10anos, já houve uma redução na ordem de 5%, e as projeções apontam para uma reduçãocontinuada, apesar de menos intensa, até o ano de 2014, quando responderão por 21%do total das enzimas de uso industrial. Este declínio é influenciado pela queda na deman-da de amilases para uso industrial. Já para as celulases, é esperado um crescimento, deven-do, em 2014, sua demanda estar na mesma ordem de grandeza das amilases.
Por outro lado, inovações têm permitido um aumento da participação destas enzi-mas para aplicações especiais. Em termos percentuais, não podem ser observadas alte-rações significativas, uma vez que o mercado de enzimas especiais como um todo se
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Figura 19.5 Demanda mundial de enzimas industriais por mercado. Fonte: Estudo World Enzimes to
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alimentos e bebidas produtos de limpeza ração animal outros mercados
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mostra em amplo crescimento, mas a análise dos valores absolutos comercializadosaponta para um crescimento de aproximadamente 100% tanto para as amilases quantopara a celulases com aplicações especiais.
A tabela 19.6 apresenta dados sobre o mercado atual e potencial de amilases. Asamilases são amplamente utilizadas no setor de alimentos e bebidas e de produtos delimpeza, respondendo atualmente por 14% da demanda total de enzimas industriais. Ademanda por amilases no setor de alimentos e bebidas apresenta um crescimento acele-rado, devendo atingir em 2014 quase 30% do total de amilases destinado a uso industri-al. Neste mesmo cenário, os dois setores mencionados responderiam por mais de 50%da demanda mundial de amilases para aplicação industrial.
Tabela 19.6 Demanda mundial de amilases por aplicação (em milhões de dólares)
1994 1999 2004 2009* 2014*
Industrial 273 278 327 374 437
Alimentos & bebidas 35 55 78 100 130
Produtos de limpeza 54 75 85 95 105
Outros mercados 184 148 164 179 202
Especial 22 32 48 66 93
Demanda mundial de carboidrases 750 890 1250 1730 2190
% Amilases 39,3 34,8 30 25,4 24,2
Fonte: Estudo “World Enzimes to 2009”, Freedonia Group Incorporated.* projeção.
As celulases representam atualmente 8% da demanda por enzimas industriais. Suaprincipal aplicação é na formulação de ração animal, correspondendo a 21% do total deenzimas destinadas a este setor. A indústria têxtil também utiliza em larga escala as celula-ses. Outras aplicações estão em desenvolvimento, principalmente como enzimas especia-is e para hidrólise de biomassa lignocelulósica para produção de etanol (HOWARD etalii, 2003). Em um período de 10 anos, entre 2004 e 2014, espera-se um aumento de qua-se 100% na demanda de celulases enquanto enzima de uso especial (tabela 19.7).
Tabela 19.7 Demanda mundial de celulases por aplicação (em milhões de dólares)
1994 1999 2004 2009* 2014*
Industrial 123 129 186 283 413
Ração animal 40 48 54 68 86
Outros 83 81 132 215 327
Especial 4 6 9 12 17
Demanda mundial de carboidrases 750 890 1250 1730 2190
% Celulases 16,9 15,2 15,6 17,1 19,6
Fonte: Estudo World Enzimes to 2009, Freedonia Group Incorporated.* projeção.
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO454
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Lipases
As lipases são quaisquer enzimas capazes de hidrolisar gorduras em glicerol e ácidosgraxos e são amplamente utilizadas em produtos de limpeza (principalmente detergen-tes), em alimentos (chocolates, laticínios), em ração animal e no tratamento de resídu-os, dentre outras aplicações. A demanda mundial de lipases por aplicação é apresenta-da no tabela 19.8. Os setores de alimentos e bebidas e produtos de limpeza respondempor 80% da demanda de Lipase para uso industrial. Dentre os usos especiais, o usofarmacêutico destaca-se, consumindo 60 % da lipase para aplicações especiais.
Tabela 19.8 Demanda mundial de lipases por aplicação (em milhões de dólares)
1994 1999 2004 2009* 2014*
Industrial 67 114 196 286 419
Alimentos & bebidas 30 60 126 185 275
Produtos de limpeza 20 30 40 55 75
Outros mercados 17 24 30 46 69
Especial 23 41 54 79 111
Farmacêutico 13 25 33 47 63
Outros mercados 10 16 21 32 48
Demanda mundial de enzimas 1990 2670 3700 5080 7120
% Lipase 4,5 5,8 6,8 7,2 7,4
Fonte: Estudo World Enzimes to 2009, Freedonia Group Incorporated.* projeção.
O crescimento da demanda de lipases está intimamente relacionado à contínuautilização de engenharia genética na tentativa de projetar lipases capazes de atuar emmeio alcalino ou em baixas temperaturas. Além disso, a penetração das lipases em paí-ses em desenvolvimento poderá impulsionar significativamente sua demanda. A proje-ção para o crescimento anual da demanda mundial de lipases é da ordem de 7,9%. Estecrescimento é impulsionado principalmente pelos avanços em biocatálise (síntese or-gânica e quiral), produtos farmacêuticos, biodiesel e óleos e gorduras. A evolução dastécnicas relacionada à biotecnologia irá ajudar na redução dos custos de produção deenzimas, estimulando ainda mais o consumo das lipases.
A figura 19.6 compara a demanda mundial de amilases, celulases e lipases.
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 455
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Enzimas especiaisO mercado de enzimas especiais pode ser dividido em quatro segmentos: enzimas tera-pêuticas (anticoagulantes, antitumorais, antivirais, antibióticas, anti-inflamatórias, en-tre outras), enzimas utilizadas em diagnóstico, enzimas para pesquisa científica e enzi-mas para química fina. Esta última representa uma pequena parcela.
O mercado mundial de enzimas especiais, estimado em US$ 1,4 bilhões, corres-ponde a aproximadamente 40% do mercado total de enzimas e tende a crescer a umataxa de 7,9% ao ano, atingindo um total de US$ 2 bilhões em 2009 (figura 19.4). Estecrescimento vem sendo impulsionado pelas aplicações no campo farmacêutico, comnovos medicamentos chegando ao mercado e também por novas pesquisas em biocatá-lise. É importante ressaltar que as enzimas especiais, que são comercializadas na formapurificada e em menores quantidades, em relação às enzimas industriais, apresentamcusto muito mais elevado.
Em termos geográficos, os países da Ásia apresentam grande potencial de cresci-mento para o setor, o mesmo não acontecendo nos países da Europa Ocidental.
O consumo de enzimas de uso farmacêutico correspondeu em 2004 a 38,4% da-quele das enzimas especiais, devendo atingir o percentual de 47,2% em 2014 (tabela19.9). A aplicação com maior previsão de expansão é a terapia de reposição enzimática,que deverá responder por mais da metade da demanda de enzimas de uso farmacêuticoem 2014. Os Estados Unidos figuram como região de maior crescimento, absorvendoparte da demanda européia, atualmente em retração.
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO456
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Figura 19.6 Demanda mundial de celulases, amilases e lipases. Fonte: Estudo World Enzimes to
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Tabela 19.9 Demanda mundial de enzimas farmacêuticas por aplicação (em milhões de dólares)
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Terapia de reposição enzimática 35 97 240 480 800
Digestiva 60 90 135 195 280
Fibrinolítica 108 105 90 90 130
Outros 24 33 65 105 220
Demanda mundial de enzimasespeciais
610 920 1380 2020 3030
% Farmacêutica/especiais 37.2 35.3 38.4 43.1 47.2
Fonte: Estudo World Enzimes to 2009, Freedonia Group Incorporated.* projeção.
Dentre as enzimas especiais utilizadas em diagnóstico, a polimerase e a nuclease sedestacam, representado 45% da demanda deste mercado (tabela 19.10). Os EstadosUnidos aparecem novamente como a maior região consumidora desta classe de enzi-mas, apesar do crescimento mais modesto previsto até o ano de 2014.
Tabela 19.10 Demanda mundial de enzimas para diagnóstico por tipo (em milhões de dólares)
1994 1999 2004 2009* 2014*
Polimerase 25 57 100 135 190
Nuclease 22 32 40 55 70
id8991616 Outras 83 126 170 215 290
Demanda mundial de enzimasespeciais
610 920 1380 2020 3030
% Diagnóstico / especiais 21.3 23.4 22.5 20 18.2
Fonte: Estudo World Enzimes to 2009, Freedonia Group Incorporated.* projeção.
A figura 19.7 apresenta a demanda mundial de enzimas especiais por mercado emmilhões de dólares com projeção até 2014. Observa-se que as enzimas farmacêuticas li-deram o crescimento até 2014, com uma quota de 1.400 milhões de dólares.
CAPÍTULO 19 � BIOCATÁLISE: ESTRATÉGIAS DE INOVAÇÃO E CRIAÇÃO DE MERCADOS 457
1ª prova
REGULAMENTAÇÃO DO USO DE ENZIMASA implementação de enzimas para uso alimentar segue rígidos padrões nos países daUnião Européia (UE) e está sujeita a variadas legislações. A diretriz harmonizada rele-vante da UE é a diretriz 89/107/CEE do Conselho Europeu, relativa à conciliação daslegislações dos Estados-membros para aditivos dos gêneros destinados à alimentaçãohumana.
A maior parte das enzimas está isenta dessa diretriz, pois são consideradas adjuvan-tes tecnológicos e não aditivos alimentares. Entretanto, a separação entre aditivo e adju-vante, no caso específico das enzimas, nem sempre é fácil, já que estas podem ser utiliza-das com ambas as finalidades, dependendo do processo em questão. Os aditivos comefeito tecnológico dependem de autorização e inclusão numa lista positiva e sua presen-ça deve ser declarada no rótulo, juntamente com os demais ingredientes do produto.Enzimas consideradas adjuvantes ou coadjuvantes tecnológicos que não apresentamqualquer risco sanitário e não são consumidas como ingrediente alimentar estão isentasdestas obrigações.
Nos Estados Unidos, as enzimas são, atualmente, regulamentadas por uma reparti-ção especial, US Food & Drug Administration (FDA), sob a Lei de Alimentos, Drogas eCosméticos (Food, Drug & Cosmetic Act). Os critérios adotados pelo FDA incluem análi-ses de segurança das enzimas, microrganismos, processos de fermentação e preparaçõesenzimáticas. As enzimas podem ser regulamentadas de duas formas: como um aditivo se-cundário direto ou como um ingrediente do tipo GRAS (Generally Regarded As Safe).
ENZIMAS EM BIOTECNOLOGIA: PRODUÇÃO, APLICAÇÕES E MERCADO458
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Figura 19.7. Demanda mundial de enzimas especiais por mercado. Fonte: World Enzimes to 2009,Freedonia Group Incorporated. * projeção
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farmacêuticas pesquisa & biotecnologia diagnósticos biocatalisadores
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O uso de um aditivo alimentar requer aprovação prévia através de uma petição,procedimento que pode levar vários anos. O procedimento de avaliação de segurançapara preparações enzimáticas, derivadas de organismos geneticamente modificados(OGMs) ou convencionais, é rígido. No caso das enzimas consideradas GRAS, aquelascomumente usadas em alimentos desde 1958 ou antes desta data ou que foram certifi-cadas por processos científicos de segurança não requerem aprovação do FDA. As em-presas fornecem o certificado de que a substância é GRAS ou segura para uso geral emalimentos e, se desejarem, podem peticionar ao FDA a confirmação do status GRAS.Um exemplo extremo do tempo de duração de uma petição é uma solicitação da Asso-ciação Técnica de Enzimas, que está no FDA há mais de 29 anos. As enzimas GRAS nãosão de alta prioridade para o FDA, pois já são consideradas seguras. Quando o FDA de-clara o status GRAS, é feita a publicação no Código de Regulamentações Federais. Asenzimas classificadas como GRAS podem ser comercializadas, mesmo que o processode petição esteja em revisão no FDA. Todas as novas preparações enzimáticas passampor uma avaliação de segurança do organismo que a produziu, do componenteenzimático, do processo de produção e exposição alimentar, e qualquer atividadesecundária.
O grande desafio da regulamentação é a conciliação das legislações nacionais comas internacionais que são, na maior parte das vezes, difíceis e executáveis a médio-longoprazo. É necessário tornar a legislação sobre a comercialização dos produtos e proces-sos biotecnológicos mais conhecida e de mais fácil acesso, de forma a diminuir as barrei-ras à entrada de empresas que orientam a sua atividade para mercados externos. Noque diz respeito a biosegurança, é necessário o desenvolvimento de regras para os pro-cessos industriais que utilizam grandes quantidades de microrganismos, e queapresentam uma forte dinâmica em termos de insegurança.
Para a aceitação do público, a educação de caráter científico exerce um papel fun-damental e é essencial difundir informações sobre as potencialidades dos produtos eprocessos biotecnológicos entre os cidadãos comuns. É igualmente importante associarconceitos de bioética, já que a inovação tecnológica pode contrariar tradições sociais,políticas e religiosas (PISSARRA e AMADO, 2005).
BIOTECNOLOGIA BRANCAA “biotecnologia branca” é usada para descrever o grupo emergente de tecnologias queproduz enzimas para incorporação em produtos como materiais de limpeza ou os quese espera serem brevemente usados na manufatura de fibras e bioplásticos. Esta novaforma de produção industrializada é ecossustentada. As biotecnologias brancas ofere-cem novas formas de melhorar o desempenho ambiental dos processos industriais emvários setores, incluindo indústrias tradicionais como as de química, têxteis, curtumes epapel, e setores de alto valor agregado, como o setor farmacêutico (AHUJA et alii,2004). Tais aplicações, nas quais se inclui a biocatálise entre outras (por exemplo, bio-massa para energia/combustíveis e matérias-primas para a indústria, biopolímeros e bi-orremediação), podem reduzir o consumo de matérias-primas e energia, bem como
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permitir uma redução da poluição e um aumento da percentagem de resíduos reciclá-veis e biodegradáveis. Este potencial tem sido revelado num número crescente de casosindustriais, mas é necessária uma maior demonstração e difusão do seu potencial(COM, 2004). De acordo com a EuropaBio, a Associação Européia das Bioindústrias, asempresas que já fazem parte do grupo de trabalho sobre a “biotecnologia branca” são aBASF, a DSM, a Dupont De Nemours International, a Genencor International, aGenzyme Corporation, a Innogenetics, a Nestlé, a Novozymes A/S e a Unilever.
Um artigo publicado na revista The Economist, em Março de 2003, conclui que a bi-otecnologia branca poderá alterar a função primordial das áreas rurais, afastando-as daprodução de alimentos e impelindo-as para a produção de matérias-primas para aplica-ção direta na indústria (ACP, 2003). O desenvolvimento futuro depende da disponibili-dade de recursos energéticos por um período extenso, e em quantidades cada vez maio-res, que sejam provenientes de fontes seguras e adequadas ao meio ambiente. Em todosos modelos de desenvolvimento, a energia constitui um componente crucial para a estru-turação dos meios de produção, e, como sabemos, a geração e distribuição de energia re-querem vultosos investimentos em infra-estrutura. Por isto, o combate ao desperdício deenergia nos vários setores das atividades humanas vem se constituindo em fator de extre-ma importância em boa parte do mundo civilizado, uma vez que o aumento nos índicesde eficiência energética significa a redução de novos investimentos em geração de ener-gia. Além disso, o aumento da eficiência energética no espaço construído representa umaredução nas despesas das empresas bem como um ganho para o cidadão comum.
PERSPECTIVASAs forças condutoras que promovem o desenvolvimento dos biocatalisadores incluemas exigências da sociedade moderna, que procura incessantemente novas tecnologias,novos produtos e novos modos de vida com impactos reduzidos a nível ambiental. Poroutro lado, a força empresarial, que sustenta a sua sobrevivência no mercado através doequilíbrio da dualidade receita/custo procura soluções em enzimas de custo reduzido ecom elevado grau de penetração no mercado. Paralelamente a estes fatores, existem asinstituições governamentais, reguladoras que condicionam o desenvolvimento destemercado. A utilização de OGMs leva ao aparecimento de pressões reguladoras para ca-racterização total dos novos biocatalisadores em termos de eficácia e segurança. Hojeem dia, as políticas governamentais promovem a aplicação de tecnologias limpas, sendoa favor da utilização de processos biocatalíticos na produção de biocombustíveis. A utili-zação de biocatálise a nível industrial mais que duplicou nos últimos 10 anos. Uma ex-plicação para este crescimento pode ser a utilização de matérias-primas renováveis e tec-nologias limpas, que são a base para o crescimento sustentável que permeia a sociedadedo século XXI. No entanto, as instituições de investigação que conduzem a grandesavanços nesta área por vezes exercem uma pressão significativa nos mercados,contrariando os programas governamentais (BAUMANN, 2004).
O mercado de enzimas produzidas por tecnologia de engenharia genética está emplena expansão e, com o desenvolvimento da biotecnologia branca, as áreas rurais po-
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dem passar a ser grandes fornecedores de matérias-primas para a indústria. A compre-ensão da organização e funcionamento dos diferentes genomas poderá mostrar as viasmetabólicas peculiares que serviriam como alvos para o desenvolvimento de drogasespecíficas.
A melhoria dos microrganismos produtores de enzimas de interesse industrial,por processos de transgênese, tem acelerado a substituição de atividades industriais nãoecossustentadas por tecnologias limpas e economicamente viáveis, sendo fundamentala intensificação, a demonstração e a difusão das “biotecnologias brancas”.
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1ª prova