Production, Purification and Characterization of Thermostable Amylase from Thermophilic Bacteria Isolated from Water and Sediments of Wanzaye Hot Spring, Ethiopia

No mundo da manufatura industrial, as enzimas atuam como as próprias ferramentas da natureza, acelerando reações químicas que, de outra forma, demorariam muito tempo ou exigiriam condições extremas. Entre estas, as amilases são particularmente valiosas porque decompõem o amido, uma fonte comum de energia encontrada em plantas, em açúcares mais simples. Embora estas enzimas sejam úteis, muitas se decompõem ou param de funcionar quando a temperatura sobe, o que limita o seu uso em processos que exigem calor. É aqui que entram as bactérias termofílicas, ou amantes do calor. Encontradas em ambientes extremos, como fontes termais, estes organismos microscópicos produzem enzimas que permanecem estáveis e ativas mesmo em altas temperaturas. Cientistas buscam há muito tempo aproveitar estes robustos catalisadores biológicos para melhorar a eficiência em indústrias que variam desde o processamento de alimentos até a fabricação de detergentes, mas muitas regiões com atividade geotérmica permanecem amplamente inexploradas para estes recursos específicos.

Pesquisadores da Etiópia voltaram sua atenção para a Fonte Termal de Wanzaye, um local geotermal natural no noroeste do país, para investigar se suas águas e sedimentos abrigavam bactérias capazes de produzir tais enzimas termoestáveis. A equipe coletou amostras da fonte, que se localiza em um clima fresco e subúmido, mas emite água a uma temperatura de 42 graus Celsius. Ao aquecer as amostras a 80 graus Celsius, eles filtraram bactérias e fungos comuns, deixando para trás apenas os termófilos resistentes e formadores de esporos. Destes sobreviventes, isolaram vinte colônias bacterianas distintas e as testaram quanto à capacidade de dissolver o amido. Oito delas mostraram forte atividade, e quatro linhagens específicas, nomeadas WA7, WA10, WA11 e WA12, foram selecionadas para um estudo mais profundo. Todas as quatro foram identificadas como pertencentes ao gênero Bacillus, um grupo de bactérias conhecidas por sua resiliência e capacidade de formar esporos protetores.

Para produzir as enzimas, os pesquisadores cultivaram estas bactérias usando um método chamado fermentação em estado sólido, que envolve o cultivo de micróbios em resíduos agrícolas sólidos em vez de em meio líquido. Eles testaram três materiais diferentes: farelo de trigo, farelo de arroz e casca de banana. Os resultados mostraram que o farelo de trigo era a escolha superior, suportando a maior produção de enzimas. A equipe determinou que as bactérias cresciam melhor e produziam mais enzimas quando mantidas a uma temperatura de 55 graus Celsius com um pH neutro de 7, e que o tempo ideal para colher a enzima era após 72 horas de crescimento. Uma vez que as bactérias realizaram seu trabalho, os pesquisadores extraíram a mistura bruta de enzimas e a purificaram usando um processo que envolvia a adição de sal para precipitar as proteínas e, em seguida, lavá-las para remover impurezas. Esta etapa de purificação aumentou a concentração da enzima ativa, tornando-a mais eficaz.

As enzimas purificadas foram então submetidas a uma série de testes para entender suas capacidades. A análise revelou que as enzimas tinham aproximadamente 50 kilodaltons de tamanho, uma medida de peso molecular, e que decompunham o amido principalmente em maltose, um tipo de açúcar. Quando testadas quanto à tolerância ao calor, as enzimas provaram ser notavelmente robustas. Elas atingiram seu pico de desempenho em temperaturas entre 65 e 70 graus Celsius, dependendo da linhagem bacteriana específica. Ainda mais impressionante, após permanecerem em temperaturas variando de 40 a 80 graus Celsius por uma hora, as enzimas retiveram mais de 76,8 por cento de sua atividade original. Elas também mostraram estabilidade através de uma ampla gama de níveis de acidez, funcionando bem em condições que vão de levemente ácidas a levemente alcalinas.

Talvez a demonstração mais prática de seu potencial tenha envolvido o amido bruto de enset, um alimento básico na Etiópia. Os pesquisadores misturaram as enzimas purificadas com o pó de enset bruto e descobriram que as enzimas podiam converter o amido em açúcares fermentáveis com uma eficiência superior a 70 por cento para todas as quatro linhagens, com a melhor performance atingindo quase 91 por cento. Isso sugere que estas enzimas poderiam ser usadas para processar o amido bruto diretamente, um processo que é frequentemente difícil e consome muita energia. O estudo conclui que a Fonte Termal de Wanzaye é uma fonte valiosa e anteriormente subutilizada de bactérias industrialmente relevantes. Ao usar resíduos agrícolas de baixo custo, como o farelo de trigo, para cultivar estes micróbios, os pesquisadores demonstraram uma maneira de baixo custo para produzir enzimas que podem suportar as altas temperaturas exigidas pelas modernas indústrias de processamento de amido, oferecendo um caminho sustentável para a manufatura local e global.