A bioeconomia resulta de uma revolução na inovação aplicada aos recursos biológicos, decorrente da transição de um sistema tecnológico baseado em matérias-primas fósseis para um sistema tecnológico estruturado a partir de recursos renováveis, corroborando para o alcance de uma economia mais sustentável1. Sob essa perspectiva, o desenvolvimento de tecnologias inovadoras, bem-definidas e mais sustentáveis como a biotecnologia torna possível a conversão de recursos renováveis em bioprodutos de maior valor agregado, além de mitigar os efeitos colaterais provocados ao meio ambiente em razão do uso contínuo de recursos fósseis e emprego de rotas não-sustentáveis2,3. Assim, o conceito de bioeconomia está atrelado a uma transição da indústria global rumo à sustentabilidade, mediante o emprego de recursos renováveis terrestres e aquáticos para a produção de energia, produtos intermediários e finais, de forma a gerar benefícios econômicos, ambientais, sociais e de segurança nacional4.
A dinâmica dessa indústria emergente, baseada em recursos renováveis, está associada à inovação das seguintes dimensões-chaves que estão inter-relacionadas: matérias-primas, tecnologias de conversão, produtos e modelos de negócio5. A bioeconomia moderna abrange diversos setores, como nutracêuticos, cosméticos e fármacos, os quais podem apresentar distinto grau de maturidade e de estruturação da cadeia de valor6.
Bioeconomia Marinha
A OCDE estima que a economia dos oceanos, a qual engloba setores tradicionais desde turismo, atividades portuárias e pesca até produção offshore de energia, movimentou um valor de US$ 1,5 trilhão em 2010, o equivalente a 3% do PIB mundial. A expectativa é que até 2030 a economia do oceano movimente um volume equivalente a US$ 3 trilhões e gere 40 milhões de empregos7.
A revisão da Estratégia de Bioeconomia da União Europeia integrou a bioeconomia azul, ou seja, a bioeconomia com foco em ambiente aquático ou marinho como parte importante de sua agenda política pois, segundo a Comissão Europeia, o desenvolvimento da bioeconomia azul vai de encontro aos objetivos do desenvolvimento sustentável. Através do Fórum de Bioeconomia Azul também se estimou que o mercado de bioeconomia azul referente a novas aplicações da aquacultura, produtos alimentícios, ração animal e produtos não-alimentícios, excluindo-se aqueles provenientes de formações geológicas, alcançará o valor de 10 bilhões de Euros em 20308.
Compreende-se que a bioeconomia marinha tem como foco o ambiente marinho, podendo ser segmentada em tradicional ou moderna, de acordo com o mercado ao qual se destina a biomassa marinha. De modo geral, a bioeconomia marinha tradicional consiste na pesca e aquacultura tradicional voltadas principalmente para o setor alimentício e para a produção de outras commodities como biocombustíveis e fertilizantes. Enquanto a bioeconomia marinha moderna visa utilizar potenciais biomassas marinhas para o desenvolvimento de produtos inovadores de alto valor agregado8.
Apesar do conceito de biotecnologia marinha ser relativamente novo, de modo que sua definição e subáreas encontram-se em constante evolução, essa ferramenta desempenha papel chave na bioeconomia marinha moderna, uma vez que propulsiona a conversão de recursos marinhos em bioprodutos9.
Biodiversidade Marinha Brasileira
Os oceanos cobrem mais de do planeta Terra e têm importância para a economia global, uma vez que contribuem com o crescimento econômico, a geração de emprego, estimulam a inovação e oportunidades de negócio em diversos setores. O Brasil tem 7400 km de costa, sendo banhado pelo Oceano Atlântico e possui sob sua jurisdição 3,5 milhões de km2 de área marítima10,11. Apenas o Brasil pode explorar economicamente essa área constituída por riquezas naturais e minerais abundantes, também denominada Amazônia Azul, numa alusão à importância da floresta amazônica para o País.
A vasta extensão do litoral brasileiro possibilita que o País apresente uma considerável biodiversidade, devido a influência dos fatores físico-químicos, como temperatura, salinidade, iluminação, concentração de oxigênio, pressão e pH12. Dentre as paisagens identificadas estão dunas, falésias, praias, manguezais, recifes, lagoas, pântanos, estuários e recifes de corais11.
A maior parte da área marítima brasileira se localiza na zona tropical abrigando uma biodiversidade endêmica característica do Brasil9. A Região Norte é impactada pela Corrente Norte do Brasil, quente e oligotrófica, pelo Rio Amazonas e outros rios de porte considerável que desaguam na região contribuindo para que as águas costeiras apresentem baixa salinidade e elevada turbidez. Além de apresentar uma vasta área estuarina, a região também abriga extensos manguezais. A Região Nordeste é caracterizada por águas oligotróficas e abundância de substratos duros, possui uma grande biodiversidade, característica de regiões tropicais, onde são encontrados recifes de corais, algas bentônicas e algas calcárias. Na costa da Região Nordeste predominam praias arenosas, havendo também pequenos sistemas estuarino-lagunares. As Regiões Sudeste e Sul estão sujeitas a maiores variações de temperatura e salinidade da água do mar, devido à influência da Corrente do Brasil das áreas costeiras. Ainda assim, essas Regiões têm um rico habitat marinho, composto por algas pardas de grandes dimensões, rodolitos, gorgônia e esponjas13,14.
As investigações em bioprospecção marinha realizadas no Brasil concentram-se principalmente em macroalgas e microalgas, sendo os poríferos e cnidários outras potenciais matérias-primas para o desenvolvimento de produtos ativos15,16.
Organizações Brasileiras
Iniciativas governamentais estão sendo desenvolvidas visando a conservação e exploração sustentável dos recursos marinhos, como o Plano Setorial para os Recursos do Mar (PSRM) da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (CIRM). Dentre os objetivos desse Plano estão a abordagem do ambiente marinho brasileiro e o uso de suas riquezas; pesquisa científica, desenvolvimento tecnológico, uso sustentável dos recursos e sistemas de observação dos oceanos17. Por meio do decreto n° 10.544, de 16 de 2020, foi aprovado o X Plano Setorial para os Recursos do Mar que define diretrizes e prioridades para o setor no período de 2020 a 202318.
O Departamento de Oceanografia junto ao Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM) coordena pesquisas de interesse da Marinha do Brasil e para o desenvolvimento científico do Brasil nas seguintes áreas: interação oceano atmosfera (climatologia, processos de interação oceano atmosfera e propagação eletromagnética na atmosfera); oceanografia biológica (bioacústica marinha e monitoramento costeiro e impactos ambientais); e oceanografia física (processos oceanográficos e propagação acústica submarina)19.
O Ministério da Ciência Tecnologia e Inovações (MCTI) vem organizando redes de pesquisa em biotecnologia, com destaque para a Rede Nacional de Pesquisa em Biotecnologia Marinha (BiotecMar) no campo da bioeconomia marinha, a qual foi aprovada segundo a Chamada MCTI/CNPq/FNDCT em 201320,21. O principal objetivo da Rede é desenvolver pesquisa inovadora de fronteira nas áreas de biodiversidade, prospecção, genômica, pós-genômica (ômicas) e transferências para o setor produtivo. Portanto, a expectativa é que o Brasil assuma uma posição internacional relevante em pesquisa e tecnologia marinha nos próximos anos21.
Essas iniciativas visam incentivar parcerias estratégicas com empresas brasileiras e internacionais, abrindo a possibilidade de desenvolvimento de produtos e processos através da bioeconomia marinha17.
Iniciativas no campo da biotecnologia marinha estão sendo desenvolvidas por grupos de pesquisa registrados no Diretório de Grupos de Pesquisa do CNPq. As principais Instituições identificadas que concentram mais grupos de pesquisa nessa área são universidades federais (Figura 1)22.
Figura 1. Top 10 instituições de pesquisa em biotecnologia marinha no Brasil22.
Dinâmica da Inovação Marinha
A elaboração de tecnologias inovadoras voltadas para biomassas marinhas confere uma dinamicidade à bioeconomia marinha, abrindo espaço para o desenvolvimento de processos mais complexos que, por sua vez, geram bioprodutos com maior valor de mercado do que as commodities resultantes da bioeconomia marinha tradicional (Figura 2).
Um levantamento sobre a evolução no isolamento de produtos naturais marinhos entre 1965 e 2006 revela que cerca de 45% dos produtos naturais obtidos a partir de micro-organismos marinhos foi isolado após o ano de 2000, apontando um interesse recente nessa área23.
De acordo com o European Market Observatory for Fisheries and Aquaculture Products (EUMOFA), os principais bioprodutos gerados são aqueles referentes aos setores tradicionais, que apresentam maiores volumes de produção. Nota-se que o uso tradicional dos recursos marinhos para fins alimentícios apresenta menor volume de produção do que os tradicionais setores de ração, bioenergia e fertilizante, devido aos recursos de pesca estarem se tornarem mais escassos (Figura 2)8.
Figura 2. Setores da bioeconomia marinha8.
As algas são matéria-prima tanto de setores tradicionais, quanto de setores modernos, sendo um dos recursos marinhos mais utilizados atualmente, devido a apresentar alta produtividade quando comparada a fontes agrícolas, potencial absorção de CO2, sua produção não ocorre em terras agricultáveis, mas sim em água salgada, salobra ou residual e são fontes de proteínas, lipídios e pigmentos entre outras substâncias16.
As algas marinhas são utilizadas na bioeconomia tradicional desde o século XIX para a produção de fertilizantes, sendo que os avanços tecnológicos estão contribuindo para o desenvolvimento de produtos mais eficazes24. A Carbom Brasil Fertilizantes em conjunto com a Embrapa desenvolveu um biofertilizante nematotóxico a partir de plantas do cerrado e extrato de algas marinhas capaz de substituir os nematicidas atualmente usados, além de possibilitar uma economia de 20 a 25% em comparação aos produtos sintéticos. Esse biofertilizante Carbom-Brasil foi premiado na Categoria Melhores Ideias do Prêmio Brasil Bioeconomia 2018 pela Associação Brasileira de Biotecnologia Industrial (ABBI)25.
O uso de macroalgas vermelhas e pardas para a extração de alginato, carrageninas e ágar-ágar destinados ao setor de alimento faz parte da bioeconomia marinha tradicional por mais de um século23. Desde a década de 70 avanços biotecnológicos estão possibilitando que microalgas dos gêneros Arthrospira, Chlorella, Dunaliella salina e Haematococcus pluvialis sejam utilizadas como fontes de pigmentos e antioxidantes (carotenoides astaxantina, cantaxantina e betacaroteno) pela indústria de alimentos, ração animal, nutracêuticos e cosméticos16,26.
A biorrefinaria de algas é um conceito mundialmente emergente na aquacultura cuja concepção se baseia na conversão eficiente e sustentável desta biomassa em energia e produtos de alto valor agregado27. O cultivo e o processamento de algumas algas já foram comprovados em larga escala e em offshore, permitindo que este modelo de negócio diversifique sua lista de bioprodutos para os principais setores industriais, como o farmacêutico, têxtil, agro, cosmético, biocombustíveis, entre outros. Com base na espécie selecionada, uma gama de compostos de interesse pode ser extraída e purificada, a citar: fármacos, pigmentos, ácidos graxos, bioestimulantes, emulsificantes, alginato, celulose, proteínas e agentes anti-incrustrantes26,28,29. Além disso, a polpa residual do processamento de algas pode ser submetida a um processo de digestão anaeróbica produzindo biogás, o qual é empregado como matéria-prima para geração de energia térmica ou elétrica na planta; e digestato, passível de ser aplicado como adubo ou ração de animal30,31.
Estima-se que a produção atual de biocombustível a partir de algas custaria cerca de 10 US$/l, enquanto o diesel de petróleo custa menos de 1 US$/l. A superação de gargalos como: melhoramento de cepas genéticas, desenvolvimento de métodos eficientes de cultivo, controle de pragas e otimização de processos de colheita aliados ao desenvolvimento de rotas tecnológicas apropriadas sob o ponto de vista técnico-econômico ainda consiste em um desafio para o uso de algas na produção de commodities. A microalga Nannochloropsis oceanica seria uma potencial matéria-prima para a produção de biocombustível não fosse o fato de ser composta por diversos ácidos graxos poli-insaturados, gerando um biodiesel com elevado potencial de oxidação. Em contrapartida, o principal ácido graxo poli-insaturado (ômega-3) encontrado na Nannochloropsis oceanica é o eicosapentaenoico, que tem aplicação em setores da bioeconomia moderna, como fármacos e nutracêuticos, onde 1g dessa substância purificada custa em torno de US$ 20.00016,32.
Os recursos marinhos, em especial, as algas marinhas possuem potencial aplicação no campo dos cosméticos, fazendo parte da formulação de diversos produtos, como cremes e hidratantes com ação rejuvenescedora, filtros solares, esmaltes, xampus, glitter e sabonetes16,33.
Os micro-organismos marinhos são matérias-primas potenciais para a obtenção de compostos bioativos com aplicações farmacêuticas, fazendo parte da formulação de fármacos como Ara-A (Vidarabina®), Ara-C (Citarabina®), AZT, Prialt® e Yondellis®34,35. Em 2019 o mercado global de fármacos derivados de recursos marinhos movimentou US$ 26 bilhões e a perspectiva é que esse mercado alcance o valor de US$ 36,45 bilhões em 202536.
No Brasil, os estudos sobre a formulação de fármacos a partir de biomassa marinha começaram a ser desenvolvidos na década de 9037. Constituem exemplos de espécies coletadas no Brasil a ascídia Didemnum granulatum cujas substâncias granulatimida e isogranulatimida isoladas poderiam ser empregadas no tratamento de tumores; a Bugula neritina é fonte de briostatinas com potencial atividade para o tratamento de câncer e doença de Alzheimer; a alga Stipopodium zonale é produtora de compostos ativos contra Leishmania e algas dos gêneros Caulerpa e Dictyota são produtoras de compostos com atividade antiviral15,35,38.
Outra iniciativa brasileira anunciada em 2020 no campo medicinal foi desenvolvida pelo Labetec-Unifesp com financiamento da FAPESP. O trabalho consistiu na produção de enxertos ósseos e membranas para reparo de queimaduras e úlceras de pele a partir das esponjas Aplysina fulva e Tedania ignis39.
Iniciativa do Instituto SENAI de Inovação
O Instituto SENAI de Inovação em Biossintéticos e Fibras está buscando informações e prospectando oportunidades para o desenvolvimento de tecnologias aplicáveis a recursos marinhos através de parcerias nacionais e com empresas do setor privado. A expertise do Instituto em sequenciamento genético resultou na sua atuação junto a Repsol Sinopec Brasil e Bio Bureau Biotecnologia em um projeto de sequenciamento genético do Coral Sol com o objetivo de obter conhecimento sobre a espécie e, portanto, propor ferramentas biotecnológicas que mitigassem os impactos causados pela disseminação da espécie40. O Senai também vislumbra oportunidades na bioeconomia marinha em face de seu know-how na área de intensificação de processos. Atualmente o Instituto atua na elaboração do conceito e construção de uma planta piloto modular multipropósito e conteinerizada para a produção de bioprodutos a partir de insumos marinhos cujo projeto é coordenado pelo Professor Dr. Mauro Pavão (IBqM-UFRJ).
Instituto SENAI de Inovação em Biossintéticos e Fibras
O Instituto SENAI de Inovação (ISI) em Biossintéticos e Fibras atua de forma transversal em temas identificados como portas para o futuro para as cadeias dos segmentos químico e têxtil, e apoia empresas no desenho de estratégias utilizando o conceito de alta integração com a indústria e a academia. Possui equipe formada por especialistas reconhecidos nas áreas de biotecnologia, síntese química, engenharia de processos e fibras. Criado em janeiro de 2016, o Instituto integra o Centro de Tecnologia das Indústrias Química e Têxtil – SENAI CETIQT, também composto pelo Instituto SENAI de Tecnologia Têxtil e de Confecção e Faculdade SENAI CETIQT.
Localizado no Parque Tecnológico da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), possui cerca de 3.500m2 de laboratórios, o Instituto é referência nacional em inovação e se estrutura em plataformas tecnológicas ligadas à pesquisa aplicada e inteligência competitiva, possibilitando a identificação e construção de oportunidades para a indústria por meio de análise e desenvolvimento de novos produtos e processos químicos, bioquímicos e têxteis.
Para mais informações entre em contato conosco: isibios@cetiqt.senai.br
Elaborado por Juliana Targueta e Victoria Santos.