Nanobiotecnologia verde: biossínteses de nanopartículas metálicas e suas aplicações como nanoantimicrobianos

Abstract

e xistem duas tecnologias importantes no século XXI que desempenharão um papel crucial no desen-volvimento da ciência e da sociedade. Uma delas é a tecnologia da informação que se desenvolveu a partir da virada do século e agora está em pro-gressão, e cujas aplicações têm sido observadas pelo mundo in-teiro. A segunda tecnologia, neste contexto, é a nanotecnologia, que desempenhará um papel importante no desenvolvimento de diferentes ciências e tecnologias, devido a suas amplas aplicações. Para o cidadão comum, a nanotecnologia pode ser definida co-mo a manipulação da matéria nos níveis atômico e molecular. A National Nanotechnology Initiative (NNI), que é um programa federal dos Estados Unidos de pesquisa em ciência, engenharia e desenvolvimento tecnológico em nanoescala, define nanotecnolo-gia como a manipulação da matéria com, ao menos, uma dimensão dos objetos que esteja entre 1 a 100 nanômetros (nm). A unidade nanômetro é muito pequena-um nanômetro é igual a 10 −9 m, ou seja, a bilionésima parte do metro. Se medirmos a largura de um fio de cabelo em nanômetros obteríamos incríveis 80.000 nm. Simi-larmente, o tamanho da dupla hélice de DNA tem um diâmetro de cerca de 2 nm e quatro átomos de hidrogênio são equivalentes ao tamanho de um nanômetro. Muitos micróbios, como vírus, estão na escala nanométrica. A nanotecnologia é uma ciência interdisciplinar e existe na natureza desde que a terra evoluiu. Ela atravessa as fronteiras tra-dicionais do conhecimento da física, química, engenharia, botâni-ca, zoologia e ciências da terra sendo, assim, interdisciplinar. Essa tecnologia tem sido amplamente aceita pelos cientistas, em razão do surgimento de propriedades químicas, mecânicas, magnéticas, químicas, eletrônicas e óticas únicas, dependentes da nanoescala. Além disso, é uma "tecnologia habilitante". Pode-se mudar a forma e o tamanho das nanopartículas e as propriedades dessas nanopar-tículas serão igualmente modificadas. Um exemplo interessante é o ouro, que enquanto sólido estendido (bulk gold), de tamanho micro ou macroscópico tem a cor amarela. Entretanto, as nanopartículas de ouro possuem cores diferentes de acordo com o tamanho das nanopartículas: partículas de ouro de 100nm apresentam uma cor púrpura-rosado, nanopartículas de 20nm são vermelhas e as de 1nm são de cor marrom-amarelada. Agora emerge a questão, por que as nanopartículas são diferentes quando comparadas ao ouro com tamanho micro/macroscópico? Isto ocorre devido ao surgimento de efeitos quânticos de tamanho. A nanobiotecnologia é uma ciência de fronteira, é uma ciência avançada e altamente interdisciplinar, sendo a combinação entre nanotecnologia e biotecnologia. A sociedade será altamente bene-ficiada pela fusão dessas duas tecnologias ao longo deste século, de-vido às potenciais aplicações em medicina, agricultura, eletrônica, cosméticos, meio ambiente etc. A nanobiotecnologia verde é enriquecida na medida em que uti-liza princípios da química verde para o desenvolvimento sustentável. No entanto, esta ciência está em sua infância e precisa se promover de modo a desenvolver tecnologias ecologicamente corretas e econo-micamente viáveis, que são as necessidades do momento na direção do desenvolvimento sustentável. Pode-se definir nanobiotecnologia verde quando baseada em princípios limpos de sínteses de nanopar-tículas, como, por exemplo, a partir de processos biotecnológicos. síNtese verde é susteNtável Síntese verde, síntese biológica e sín-tese biogênica são termos comumente usados para a síntese ecologi-camente correta de nanopartículas. Normalmente, as nanopartículas são sintetizadas através de métodos químicos, físicos e biológicos. As sínteses físicas e químicas possuem consumo intensivo de energia e às vezes podem envolver substâncias químicas tóxicas, enquanto as técnicas biológicas são rentáveis, limpas, atóxicas e ecologicamen-te corretas. A via de síntese biológica tem sido efetuada, sobretudo, através do uso de bactérias, fungos, plantas, cianobactérias e actino-micetos. Existem muitos relatos de micossínteses (síntese via fungos) de nanopartículas metálicas usando diferentes espécies de Fusarium, nomeadas como Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Fusarium acu-minatum, Fusarium culmorum, Aspergillus niger, Aspergillus tamarii, Phoma glomerata, Alternaria alternata, e fungos endofíticos Pestalotia sp. Muitas plantas como o coentro (Coriandrum sativum), mamão-papaya (Carica papaya), o figo-da-Índia (Opuntia ficus-indica), da-tura ou maça com espinhos (Datura metel), árvore do caril (Murraya koenigii), e Skunkvine (Paederia foetida) têm sido usadas para a síntese de nanopartículas. O método de fitossíntese (síntese via plantas) é rá-pido, ecologicamente correto e rentável, com processamento downstream mais fácil que a micossíntese. Quando comparada à fitossíntese, a micossíntese é mais demorada e a biomassa é difícil de ser processada. Portanto, a fitossíntese chama muito a atenção de pesquisadores de todo o mundo. São três fatores chaves na síntese dessas nanopartículas metálicas: o agente redutor, o meio de reação e o agente estabilizador. Geralmente, nanopartículas biosintetizadas possuem forma esféricas. Em biossíntese, proteínas de fungos ou plantas agem como agen-tes de proteção e estabilização das nanopartículas sintetizadas. No entanto, quais proteínas estão envolvidas e quais os mecanismos de formação das nanopartículas são questões importante, que precisam ser meticulosamente estudadas. Nesse sentido, tem sido desenvolvi-do no