Principais Projetos

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Mapeamento do Genoma do “Barbeiro”, inseto vetor da Doença de Chagas

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Estima-se que a Doença de Chagas é uma enfermidade que afeta aproximadamente a 7.000.000 (sete milhões) de pessoas em todo o mundo, sendo que ainda é uma causa significativa de morbidade e mortalidade sobretudo na América do Sul e Central. De acordo com os dados provenientes do Ministério da Saúde, há no Brasil cerca de dois milhões de indivíduos infectados. Este mal é transmitido pelo inseto popularmente conhecido como “barbeiro”, sendo a espécie Rhodnius prolixus um vetor relevante.

Com o intuito de aprimorar o entendimento da transmissão do parasito causador da Doença de Chagas e também levar a ao desenvolvimento de novos métodos de controle do inseto, uma equipe internacional transdisciplinar composta por mais de uma centena de pesquisadores de diversas instituições de pesquisa como a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), a Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), o McDonnell Genome Institute da Washington University (MGI) e o Centers for Disease Control and Prevention (CDC) sequenciaram o genoma do  Rhodnius prolixus e geraram uma montagem com 95% de cobertura, além de terem feito uma análise completa do genoma. 

Neste âmbito, é importante mencionar a atuação dos Professores Rafael Dias Mesquita, Ana Cláudia do Amaral Melo e Glória Regina Cardoso Braz, docentes vinculados ao Departamento de Bioquímica do Instituto de Química da UFRJ.

Neste estudo multi-institucional, foram identificados expansões grandes e únicas de diferentes famílias gênicas relacionadas com a quimio-recepção, alimentação e digestão, as quais ajudam na compreensão dos mecanismos associados à alimentação do Rhodnius prolixus e podem ter facilitado a adaptação do inseto a uma dieta exclusivamente composta de sangue.

Outro ponto importante levantado pelo estudo é a observação das vias de imunidade, que podem ser úteis para investigar como este barbeiro reage à infecção pelo parasito causador do mal de Chagas, o Trypanosoma cruzi – protozoário que entra pela pele da vítima durante a picada do inseto.

O sequenciamento do genoma desperta a atenção dos pesquisadores para aspectos da evolução do barbeiro pouco estudados anteriormente, e que podem abrir caminho para novos estudos sobre a Doença de Chagas e o seu combate. 

O mapeamento do genoma foi financiado pelo National Institutes of Health (National Human Genome Research Institute and National Institute of Allergy and Infectious Diseases, dos Estados Unidos). A equipe brasileira recebeu apoio da FAPERJ e de outras agências públicas de fomento à pesquisa – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (Fapesp) e Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (Fapemig).

Para informações adicionais sobre este estudo, acesse aqui o artigo em língua inglesa publicado na Revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), mantida pela Academia Americana de Ciências (link: http://www.pnas.org/content/112/48/14936.abstract )

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Projeto I-Flora: estudo, análise e registro da biodiversidade da Mata Atlântica e de seu potencial científico

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Originalmente presente em uma extensa parte da região litorânea do Brasil, a Mata Atlântica vem passando, nos últimos séculos, por um intenso processo de degradação. Desde o período colonial, com a realização de atividades predatórias como a extração desordenada de recursos naturais como por exemplo o Pau-brasil, metais e pedras preciosas, bem como a implementação em grande escala da monocultura da cana-de-açúcar e do café, até os dias atuais, com o avanço da industrialização e a crescente urbanização da população brasileira, estima-se que cerca de 90% de sua cobertura original tenha sido devastada.

Detentora de um dos mais ricos e diversificados ecossistemas de todo o planeta, com mais de vinte mil espécies vegetais (cerca de 35% das espécies existentes no Brasil, conforme dados do Ministério do Meio Ambiente), incluindo várias endêmicas e ameaçadas de extinção, assim como uma enorme variedade de animais, sobretudo aves, anfíbios, peixes, mamíferos e insetos, além de inúmeros micro-organismos, a Mata Atlântica é notoriamente um patrimônio natural de toda a humanidade, tendo sido considerada nacional e internacionalmente como uma das áreas prioritárias para a conservação mundial, a qual deve ser protegida, preservada e amplamente estudada, haja vista o seu imensurável potencial químico, biológico e genético.

Neste sentido, é importante ressaltar a localização privilegiada do estado do Rio de Janeiro, cujo território está integralmente inserido no domínio da Mata Atlântica. Estima-se que, por volta do século XVI, o Estado do Rio de Janeiro possuía uma cobertura vegetal de 97% de sua área, porém atualmente esta cobertura está representada por 31% de vegetação remanescente. Tais fragmentos encontram-se em locais de maiores declividades e elevações que compõem a Serra do Mar e os Maciços litorâneos, assim como em propriedades particulares. As principais ameaças contemporâneas à Mata Atlântica no Rio de Janeiro são a especulação imobiliária, a expansão agropecuária, as queimadas, a presença de dutos para transporte de minério e gases, a introdução de espécies invasoras, o extrativismo ilegal, dentre outras. 
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Apesar da intensa perda da cobertura vegetal original, o Rio de Janeiro permanece como um dos estados com maior biodiversidade do bioma, destacando-se como um território estratégico para a conservação da Mata Atlântica. Contudo, para conservá-la é necessário conhecê-la profundamente em seus diversos aspectos. Sendo assim, é de extrema necessidade a implementação de estudos cujo objeto seja a flora fluminense.

A fim de atender a este propósito, foi instituído o Projeto I-FLORA, o qual conta com a participação de docentes da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e da Universidade Federal Fluminense (UFF), além de pesquisadores do Jardim Botânico e da Fundação Osvaldo Cruz (FIOCRUZ). O objetivo principal deste projeto é ampliar e aprimorar o conhecimento científico sobre as espécies vegetais que compõem o bioma da Mata Atlântica, bem como realizar o inventário da flora fluminense, agregando valor a sua biodiversidade através de estudos químicos e biológicos.

Entre os diversos trabalhos realizados por este grupo, destaca-se também a coleta in loco de espécies pertencentes principalmente a famílias botânicas bem representadas no Estado e, assim, contribuir para o enriquecimento dos Herbários da UFRJ e do Jardim Botânico do Rio de Janeiro.

Além das plantas vasculares, este projeto abrange também o estudo sobre os produtos naturais de algas marinhas e o uso de seus metabólitos secundários como marcadores taxonômicos, a criação e expansão de uma extratoteca e de um banco de sementes dos frutos coletados. 

O Projeto I-FLORA é desenvolvido com o apoio da Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro – FAPERJ, importante Agência Estatal de Fomento à pesquisa, à ciência, à tecnologia e à inovação.
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Para mais informações e detalhes sobre este projeto, acesse aqui a página eletrônica do Projeto I-FLORA ou pelo link: www.i-flora.iq.ufrj.br.

E-mail para contato:
i-flora@iq.ufrj.br
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Fonte:

– LOBÃO, A. Q., SOMMER G., TROVÓ M. e TAMOIO N. – Diversidade da flora do Estado Rio de Janeiro. Texto presente na página eletrônica: www.i-flora.iq.ufrj.br/sobrerj_matlantica.html

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Projetos de Pesquisa para o desenvolvimento tecnológico de biocombustíveis e bioprodutos obtidos a partir de matérias-primas renováveis:

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É cada vez maior a demanda global por fontes renováveis de energia que possam ser utilizadas como alternativas aos combustíveis de origem fóssil. Tal imposição pode ser constatada, por exemplo, no recente Acordo celebrado por diversos países na “Conferência das Nações Unidas sobre as Mudanças Climáticas de 2015”, a COP 21, realizada em Paris – França, cujo um dos pontos crucias é a adoção de medidas que visem a uma “economia de baixa emissão de carbono”, capaz de aliar o desenvolvimento econômico com a preservação do meio ambiente e de sua biodiversidade.

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O Brasil, comparativamente com outros países do mundo, é detentor de uma Matriz Energética na qual há uma expressiva participação de fontes de energia renováveis. Isto se deve, em grande parte, à prevalência da geração hidroelétrica de energia, bem como a sua atuação destacada na produção de biocombustíveis, sobretudo na posição de principal produtor do etanol proveniente da cana-de-açúcar. Conforme dados estimados pela União da Indústria de Cana-de-Açúcar, foram produzidos na safra 2012/2013 aproximadamente 23,4 bilhões de litros deste combustível.

No processo tradicional, o etanol brasileiro é obtido a partir da fermentação alcoólica da sacarose contida no líquido extraído do caule da cana. O bagaço proveniente deste procedimento e a palha da planta são dispensado para outros fins.

Contudo, tem-se verificado um grande empenho da comunidade científica para o desenvolvimento  de novos processos economicamente viáveis que permitam a utilização de resíduos agrícolas, tais como  a palha e o bagaço da cana-de-açúcar, a palha do trigo e do arroz, bem como qualquer material lignocelulósico, para a produção do combustível conhecido como etanol de biomassa ou etanol de segunda geração.

A utilização de biomassa para a obtenção de combustível propiciará a elevação considerável da produtividade por hectare plantado, contribuindo, portanto, para conter a expansão da fronteira agrícola a importantes biomas como o Cerrado, a Amazônia, a Mata Atlântica e o Pantanal.

Sob este aspecto, é importante mencionar a atuação do Laboratório Bioetanol (LB) nas atividades de pesquisa e desenvolvimento de processos sustentáveis que utilizem matérias-primas renováveis para obtenção de biocombustíveis e bioprodutos:

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O Laboratório Bioetanol atua, entre outras frentes, na caracterização de diferentes tipos de biomassa e nas etapas do processamento da biomassa celulósica, como pré-tratamentos, hidrólise enzimática, produção de enzimas e fermentação. São desenvolvidos também novos processos, assim como são otimizados os processos já existentes.  
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Caracterização de Biomassa

A caracterização da biomassa consiste na determinação da composição química de materiais lignocelulósicos através da quantificação dos teores de celulose, hemicelulose, lignina, cinzas e extrativos. Através de uma digestão ácida, é possível separar estes componentes e quantificá-los por meio de técnicas gravimétricas, espectrofotométricas e cromatográficas.
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Pré-tratamento

O objetivo do pré-tratamento é desconstruir a estrutura nativa da biomassa vegetal, facilitando, desta forma, o ataque enzimático na etapa de hidrólise enzimática. O pré-tratamento pode ser de origem mecânica (moagem ou extrusão), química (ácido diluído, amônia, agentes oxidativos ou pelo uso de líquidos iônicos), físico-química (hidrotérmico, explosão a vapor ou micro-ondas) ou biológica (uso de microrganismos de degradação).

Dependendo da escolha do tipo de pré-tratamento e seus parâmetros envolvidos, deve-se evitar que durante esta etapa ocorra a degradação de carboidratos presentes na biomassa e a formação de inibidores de fermentação como furfural, HMF e ácido acético.

A eficiência de um pré-tratamento pode ser quantificada pelos rendimentos de hidrólise enzimática associados a técnicas de microscopia e cristalografia afim de verificar a estrutura do material, o seu grau de cristalinidade e a área especifica de superfície.
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Hidrólise Enzimática

O processo de hidrólise enzimática consiste numa reação química catalisada por enzima celulolíticas capazes de hidrolisar um material lignocelulósico (agro-resíduo), previamente pré-tratado em condições adequadas, a açucares fermentáveis, e posteriormente, a etanol combustível (etanol de 2ª geração). No entanto, condições de processo, tais como, temperatura, pH, tempo de sacarificação, concentração enzimática e relação sólido-líquido podem variar em função do substrato escolhido e das características do complexo enzimático utilizado, que devem ser determinadas e otimizadas para cada caso.

 
Produção de Enzimas

A produção de celulases é realizada por fungos filamentosos, empregando microrganismos celulolíticos como A. awamori e T. reesei. A pesquisa nessa área visa à otimização do processo de produção de celulases através de formulação de meio de cultivo e no escalonamento do processo em reatores de 10 e de 40 Litros. Também são elaborados pool enzimáticos e são realizadas purificação e caracterização das enzimas celulolíticas e acessórias com a finalidade de obter maior eficiência na hidrólise enzimática da biomassa.
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Fermentação Alcoólica de Hidrolisados Lignocelulósicos/Celulósicos

As pesquisas em fermentação alcoólica do Laboratório Bioetanol buscam, de modo geral, o entendimento e o controle de processos fisiológicos e bioquímicos envolvidos na fermentação de substratos glicídicos presentes em hidrolisados lignocelulósicos/celulósicos ou em sua mistura com outras fontes de açúcares, tendo como principal objetivo o desenvolvimento de estratégias voltadas à maior eficiência e ao maior rendimento etanólico nessas condições. Para isso, são utilizados como modelos biológicos, principalmente, cepas da levedura S. cerevisiae. Dentre os estudos na área de fermentação alcoólica aos quais o Laboratório Bioetanol se propõe, estão:

– Otimização das condições fermentativas, em termos de composição do meio, condições de cultivo e da cepa utilizada, para hidrolisados provenientes de diferentes fontes lignocelulósicas.

– Estudo dos efeitos dos inibidores na eficiência e no rendimento etanólico.

– Seleção de cepas resistente a inibidores encontrados em hidrolisados lignocelulósicos, visando maiores eficiência e rendimento etanólicos.

– Estudo da fermentação de fração C5 presente em hidrolisados lignocelulósicos, por S. cerevisiae geneticamente modificada.

– Estudo da fermentação de hidrolisado proveniente de material celulósico de microalgas, visando a geração de etanol 3G.

Esta linha de pesquisa representa, de certa forma, a consolidação de todas as outras do Laboratório de Bioetanol e tem como produto final o próprio bioetanol de segunda geração e de terceira geração, sendo o escalonamento para dimensões industriais, seu objetivo final..