Como a Automação Criogênica Garante Viabilidade e Rastreabilidade de Amostras
Biobancos microbianos são repositórios especializados que coletam, preservam e disponibilizam microrganismos vivos — bactérias, fungos, leveduras e algas — para pesquisa científica e desenvolvimento tecnológico. Segundo o World Data Centre for Microorganisms (WDCM) , existem mais de 700 coleções de culturas registradas em 72 países, abrigando mais de 2,4 milhões de linhagens essenciais para descoberta de fármacos, produção industrial e preservação da biodiversidade.
O mercado global de biobancos foi avaliado em US$ 83 bilhões em 2024 e deve alcançar US$ 182 bilhões até 2034, com crescimento anual de 8,16%, conforme dados da Precedence Research . Esse crescimento é impulsionado pela expansão da medicina de precisão, terapias celulares e a busca por novos compostos bioativos — áreas que dependem diretamente da qualidade e viabilidade do material biológico preservado.
Microrganismos são responsáveis por mais de 70% dos antibióticos aprovados para uso clínico. Preservar essas cepas produtoras com qualidade é fundamental para a continuidade da descoberta de novos fármacos.
Neste artigo, você encontrará informações sobre:
- O papel dos microrganismos na indústria farmacêutica
- O crescimento dos biobancos microbianos no Brasil
- O custo da má preservação de amostras biológicas
- Desafios na manutenção de viabilidade e rastreabilidade
- Como a automação criogênica resolve esses problemas
- Soluções tecnológicas disponíveis no mercado
Microrganismos e a Indústria Farmacêutica: Uma Relação de Bilhões
A contribuição dos microrganismos para a medicina moderna é difícil de superestimar. Desde a descoberta da penicilina por Alexander Fleming em 1928, compostos de origem microbiana transformaram o tratamento de doenças infecciosas e expandiram para áreas como oncologia, imunologia e agricultura.
Dados publicados no The Journal of Antibiotics indicam que metabólitos secundários de microrganismos constituem aproximadamente metade dos fármacos disponíveis no mercado atualmente. Entre os 22.500 compostos biologicamente ativos já obtidos de microrganismos, 45% são produzidos por actinomicetos , 38% por fungos e 17% por bactérias unicelulares.
O gênero Streptomyces merece destaque especial: segundo o John Innes Centre , durante a "Era de Ouro" da descoberta de antibióticos, 70-80% de todos os antibióticos descobertos vieram desse único gênero bacteriano. Clorfenicol , lincomicina , neomicina e tetraciclina são apenas alguns exemplos de antibióticos derivados de espécies de Streptomyces .
Se considerarmos apenas os antibacterianos de pequenas moléculas, produtos naturais e seus derivados respondem por 70,6% dos medicamentos aprovados entre 1981 e 2019, enquanto drogas totalmente sintéticas representam 28,6%.
Essa dependência de compostos naturais cria uma necessidade crítica: as cepas produtoras precisam ser preservadas vivas, geneticamente estáveis e disponíveis para pesquisa. É aqui que os biobancos microbianos se tornam infraestrutura estratégica para a indústria farmacêutica e biotecnológica.
Biobancos Microbianos no Brasil: O Projeto MicroBioBank
O Brasil tem avançado na estruturação de biobancos microbianos de excelência. Um exemplo é o Projeto Temático financiado pela FAPESP denominado MicroBioBank, coordenado pela professora Lara Durães Sette do Instituto de Biociências da Unesp em Rio Claro.
O projeto reúne material de três coleções: a Central de Recursos Microbianos da Unesp (CRM-UNESP), o Laboratório de Ecologia Microbiana do Instituto Oceanográfico da USP (LECOM-IO/USP) e o Instituto de Tecnologia de Alimentos (CFA/ITAL). O objetivo é selecionar mil microrganismos com potencial para produzir moléculas inovadoras aplicáveis nas áreas de saúde e agronegócio.
A CRM-Unesp conta atualmente com aproximadamente 7.000 amostras de microrganismos, incluindo fungos e leveduras de insetos sociais, amostras coletadas na Antártica e fungos marinhos da costa brasileira. As pesquisas focam em moléculas com atividades anticâncer e antimicrobiana — exatamente as áreas onde a resistência a medicamentos existentes cria urgência por novas descobertas.
O diferencial do projeto está na exploração de microrganismos de ambientes extremos. Amostras da Antártica, por exemplo, podem conter espécies que desenvolveram adaptações únicas para sobreviver em condições adversas, potencialmente produzindo compostos com propriedades diferenciadas. Em testes preliminares, um fungo do gênero Schizophyllum isolado de amostras antárticas apresentou produção de uma quantidade significativa de compostos inéditos.
O Custo da Má Preservação: US$ 28 Bilhões em Desperdício
A qualidade do material biológico armazenado em biobancos tem impacto direto na confiabilidade das pesquisas científicas. Um estudo publicado em 2015, intitulado "The Economics of Reproducibility in Preclinical Research", revelou dados alarmantes sobre o desperdício causado por problemas de qualidade.
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Dos US$ 56,4 bilhões investidos anualmente em pesquisas pré-clínicas nos Estados Unidos, aproximadamente metade — cerca de US$ 28 bilhões — era gasta com estudos de baixa qualidade que não podiam ser replicados. Entre os principais fatores identificados para essa falta de reprodutibilidade estava o uso de material biológico e de referência fora de padrões de conformidade.
Trabalhar com material microbiológico de qualidade assegurada não apenas garante resultados mais confiáveis, mas também evita desperdício significativo de tempo e recursos financeiros em pesquisas que não podem ser validadas.
Para biobancos microbianos, os problemas de qualidade podem incluir perda de viabilidade celular, contaminação cruzada entre amostras, alterações genéticas por ciclos inadequados de congelamento/descongelamento e falhas de rastreabilidade que comprometem a identificação correta das linhagens.
Desafios na Preservação de Material Microbiológico
Manter microrganismos vivos e funcionais por longos períodos exige controle rigoroso de múltiplas variáveis. Os principais desafios enfrentados por biobancos incluem:
Manutenção da viabilidade celular: Microrganismos precisam sobreviver ao processo de criopreservação e permanecer viáveis por anos ou décadas. A taxa de recuperação após descongelamento é um indicador crítico de qualidade. Perdas de viabilidade comprometem a utilidade do acervo e podem inviabilizar linhas inteiras de pesquisa.
Prevenção de contaminação: Biobancos armazenam milhares de amostras em proximidade física. A contaminação cruzada entre linhagens pode ocorrer durante manipulação, comprometendo a pureza e a identidade genética das culturas. Uma vez contaminada, uma amostra pode propagar erros para todas as pesquisas que a utilizarem.
Ciclos térmicos por abertura de equipamentos: Cada vez que um freezer ou tanque criogênico é aberto para acesso a amostras, todas as outras amostras armazenadas sofrem exposição a temperaturas mais elevadas. Em biobancos com alto volume de acessos, esses ciclos térmicos repetidos degradam progressivamente a qualidade do acervo inteiro.
Rastreabilidade e gestão de dados: Cada amostra precisa estar associada a informações detalhadas: origem, data de coleta, identificação taxonômica, condições de cultivo, sequências genéticas e histórico de uso. A gestão manual dessas informações em acervos com milhares de amostras é propensa a erros e dificulta a localização e recuperação eficiente.
Escalabilidade: À medida que biobancos expandem seus acervos, a gestão manual torna-se insustentável. A CRM-Unesp, por exemplo, tem 7.000 amostras e planeja crescer. Processos que funcionam para centenas de amostras podem colapsar quando aplicados a dezenas de milhares.
Como a Automação Criogênica Resolve Esses Desafios
A automação de sistemas de armazenamento criogênico representa uma evolução significativa na gestão de biobancos. Em vez de depender de acesso manual a racks e gavetas dentro de freezers, sistemas automatizados permitem recuperação individual de amostras com mínima perturbação do ambiente de armazenamento.
Minimização de exposição térmica: Sistemas automatizados realizam o "picking" de amostras específicas sem necessidade de abrir completamente o equipamento ou expor todo o acervo. Isso reduz drasticamente os ciclos térmicos que degradam amostras vizinhas, preservando a viabilidade do conjunto.
Rastreabilidade integrada: A automação inclui sistemas de gerenciamento que registram automaticamente cada movimentação de amostra. Localização física, histórico de acessos, tempo fora do armazenamento e usuário responsável ficam documentados sem dependência de anotações manuais.
Redução de erros humanos: O picking automatizado elimina a possibilidade de seleção incorreta de amostras por erro de leitura de etiquetas ou confusão de posições. A amostra solicitada é a amostra entregue.
Escalabilidade real: Sistemas automatizados mantêm a mesma eficiência operacional independentemente do tamanho do acervo. Recuperar uma amostra entre 500 ou entre 50.000 demanda o mesmo tempo e precisão.
A automação não substitui boas práticas de criopreservação — ela potencializa os resultados ao garantir que amostras bem preparadas permaneçam bem preservadas ao longo do tempo.
Soluções Genepoint para Biobancos: Snorkel e Hatch
A Genepoint é uma empresa especializada em automação criogênica que ultrapassou a marca de 300 sistemas instalados globalmente. A Dafratec é a distribuidora oficial da marca no Brasil, oferecendo suporte técnico local para implementação e operação dos equipamentos.
Snorkel: Automação para Freezers -80°C
O Snorkel é um sistema de repositório automatizado projetado para integração com freezers de laboratório a -80°C. O equipamento permite a recuperação individual de amostras sem necessidade de abrir o freezer, minimizando a exposição térmica do acervo.
A solução é indicada para biobancos que trabalham com amostras que não requerem temperaturas criogênicas extremas, como muitas culturas bacterianas e fúngicas que podem ser preservadas adequadamente a -80°C.
Hatch: Sistema Criogênico Automatizado -150°C
O Hatch é um sistema criogênico automatizado que opera a -150°C, utilizando fase vapor de nitrogênio líquido. O diferencial do equipamento está na capacidade de realizar picking de vials individuais diretamente dentro do tanque criogênico, sem remoção de racks inteiros.
Com capacidade para até 67.500 amostras e consumo de 12-22 litros de nitrogênio líquido por dia, o Hatch foi reconhecido com o ISBER Award 2019 por inovação em biobancos. A temperatura de -150°C é adequada para preservação de longo prazo de materiais sensíveis, incluindo células-tronco, linhagens celulares e microrganismos que requerem condições criogênicas rigorosas.
Benefícios Científicos e Operacionais da Automação em Biobancos
A implementação de sistemas automatizados de armazenamento criogênico traz benefícios mensuráveis para a operação de biobancos:
Preservação da integridade do acervo: A redução de ciclos térmicos protege todas as amostras armazenadas, não apenas aquelas que estão sendo acessadas. Em biobancos com décadas de operação, essa proteção acumulada representa diferença significativa na qualidade do material disponível.
Aceleração de fluxos de trabalho: A recuperação automatizada de amostras específicas elimina o tempo gasto em busca manual, verificação de posições e manipulação de racks. Pesquisadores recebem as amostras corretas mais rapidamente.
Conformidade regulatória simplificada: O registro automático de todas as movimentações facilita auditorias e demonstração de conformidade com normas de boas práticas. A rastreabilidade completa é documentada sem esforço adicional da equipe.
Otimização de recursos: A redução de perdas de amostras por degradação ou erro de identificação representa economia direta. Além disso, a eficiência operacional permite que a equipe técnica dedique mais tempo a atividades de maior valor agregado.
Suporte à colaboração científica: Biobancos frequentemente compartilham amostras com instituições parceiras. A rastreabilidade automatizada facilita o controle de empréstimos e a documentação necessária para transferências de material biológico.
FAQ: Perguntas Frequentes sobre Biobancos Microbianos e Automação Criogênica
Qual a diferença entre armazenamento a -80°C e -150°C para microrganismos?
A -80°C (freezers ultra-baixa temperatura), muitas bactérias e fungos podem ser preservados adequadamente por anos. A -150°C (fase vapor de nitrogênio), a atividade metabólica é virtualmente nula, permitindo preservação por décadas sem degradação. A escolha depende do tipo de microrganismo e do tempo de armazenamento planejado.
Por que ciclos térmicos são prejudiciais para amostras criopreservadas?
Cada elevação de temperatura, mesmo breve, pode causar formação de cristais de gelo intracelulares durante o recongelamento. Ciclos repetidos acumulam danos celulares que reduzem progressivamente a viabilidade das amostras.
Quantas amostras um sistema automatizado como o Hatch pode armazenar?
O Hatch tem capacidade para até 67.500 amostras em configuração máxima, com picking individual de vials sem necessidade de remover racks inteiros do ambiente criogênico.
A automação substitui a necessidade de protocolos de criopreservação adequados?
Não. A automação otimiza o armazenamento e recuperação, mas a qualidade inicial da amostra depende de protocolos corretos de preparação, uso de crioprotetores adequados e taxas controladas de congelamento. Automação e boas práticas são complementares.
Biobancos microbianos são relevantes apenas para pesquisa de antibióticos?
Não. Além de antibióticos, microrganismos preservados em biobancos são fonte de enzimas industriais, biocombustíveis, probióticos, agentes de controle biológico para agricultura, compostos para cosméticos e muito mais. A diversidade de aplicações continua expandindo.
Qual o consumo de nitrogênio líquido do sistema Hatch?
O Hatch consome entre 12 e 22 litros de nitrogênio líquido por dia, dependendo da frequência de acessos e condições ambientais. Esse consumo é otimizado pelo design que minimiza perdas térmicas durante operação.
Como a rastreabilidade automatizada beneficia a reprodutibilidade científica?
O registro automático de cada acesso — incluindo data, hora, usuário e tempo de exposição — permite documentar completamente o histórico de cada amostra. Isso facilita a identificação de variáveis que possam ter afetado resultados experimentais e fortalece a confiabilidade dos dados publicados.
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