AULA 1 - Introdução a Biotecnologia

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Introdução a Biotecnologia 
Professor Msc. Raphael Cardoso Rodrigues 
 Definição: 
◦ União entre a biologia e a tecnologia 
 
“ É o conjunto de conhecimentos técnicos e métodos, de base 
cientifica ou prática, que permite a utilização de seres vivo 
como parte ativa ou integrante do processo de produção 
industrial de bens e serviços” 
 
É um conjunto de técnicas que utilizam seres vivos no desenvolvimento 
de processos e produtos 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ Teve o seu início com os processos 
fermentativos, cuja utilização transcende, de 
muito, o início da era Cristã 
◦ A produção de bebidas alcoólicas pela 
fermentação de grãos de cereais já era 
conhecida pelos sumérios e babilônios antes 
do ano 6.000 a.C. 
◦ Em 2.000 a.C., os egípcios, que já utilizavam o 
fermento para fabricar cerveja, passaram 
emprega-lo também na fabricação do pão. 
 
 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ Outras aplicações como a produção de 
vinagre, iogurte e queijos são realizadas a 
muito tempo 
◦ Não conheciam os agentes causadores das 
fermentações 
◦ Sec. XVII: Antom Van Leeuwenhock descobriu 
a existência de seres minúsculos através do 
microscópio. 
◦ 1876: Louis Pasteur, provou que a causa das 
fermentações era a ação desses seres 
minúsculos 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ Pasteur: A fermentação não era um processo 
puramente químico 
◦ Pasteur: cada tipo de fermentação era 
realizada alguns micro-organismos específico, 
podendo viver na ausência de ar 
◦ 1897: Eduard Buchner, demonstrou ser 
possível a conversão de açúcar em álcool, 
utilizando células de levedura maceradas, ou 
seja, na ausência de organismos vivos. 
 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ 1ª Guerra Mundial: Alemanha produz grandes 
quantidades de glicerol para a fabricação de 
explosivos (Carl Neuberg). 
◦ Inglaterra: Produção de acetona para a 
fabricação de munições 
◦ Tecnologia essa que contribuiu para o 
desenvolvimento dos fermentadores 
industriais e técnicas de controle de 
infecções 
 
 
 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ 1928: Grande marco de referência na fermentação industrial. A 
produção de antibióticos 
◦ Alexander Fleming descobre a penicilina: muitos tipos de 
antibióticos foram desenvolvidos no mundo 
 
 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ Década de 40: Antibióticos integram os 
processos industriais fermentativos, baseando 
inicialmente na síntese da penicilina e, depois, 
da estreptomicina (Waksman) 
◦ Década de 50: Biotecnologia passou a existir 
 A descoberta da síntese química do DNA 
Manipulação genética: DNA recombinante 
 Fusão celular ou hibridoma 
 
 
 
Biotecnologia 
 Histórico: 
 
 
 
A descoberta da síntese química do DNA 
(James Watson e Francis Crick, 1953) 
Manipulação genética: DNA recombinante 
Fusão celular ou hibridoma 
Biotecnologia 
 Histórico: 
◦ Década de 70: Biologia Molecular - 
Fusão das técnicas da engenharia 
genética com a microbiologia 
industrial tradicional 
◦ 1982: Insulina humana é produzida 
por fermentação de micro-organismo 
 
 
 
 
Biotecnologia 
Biotecnologia Tradicional X Biotecnologia Moderna: 
 
 
 
 • Mais antiga e rudimentar 
• Obtenção de produtos a partir 
de matéria-prima, mediante a 
intervenção de organismos vivos 
• Egípcios e Babilônios 
• A partir da década de 70 
•Estudos e desenvolvimento da 
química combinatória de 
biomoléculas, os processos de 
biotransformação, a tecnologia 
de ácidos nucleicos, a aplicação 
de moléculas menores em 
controles de metabolismo e em 
farmacologia. 
Biotecnologia 
 Área de Atuação: 
◦ Caráter multidisciplinar, usando conhecimento e ferramenta de diferentes 
áreas 
 
 
Microbiologia 
Cultura de Células de 
Animais e Plantas 
Engenharia química 
Processos “downstream” 
Purificação de produtos 
Biorreatores 
Sistemas de Controle 
Química de produtos Naturais 
Química Fina 
Tecnologia das Enzimas Bioengenharia 
Desenvolvimento 
De processos 
“Scale-up” 
Bioquímica 
Biologia Molecular 
Genética 
Biotecnologia 
 Produtos e Benefícios: 
 
 
 
Biotecnologia 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 A tecnologia do DNA recombinante 
Manipulação de DNA de células visando a orientá-las para a produção de 
proteínas específicas. 
Consiste em isolar o DNA de interesse, inseri-lo em uma bactéria ou célula 
e isolar e purificar as proteínas produzidas nesse processo. 
Principais produtos comerciais: 
 Tratamento de anemia (eritropoetina, EPO); 
 Hemofilia (fatores de coagulação VIII e IX); 
 Tratamento de diabetes (insulina) 
 Hepatite (interferon) 
 Hormônio de crescimento 
 Anticorpos Monoclonais 
Produzidos por células artificiais 
chamadas de hibridomas (linfócito 
clonado + célula tumoral). 
Produzem, em escala industrial, 
anticorpos sempre idênticos em 
especificidade, estrutura e afinidade. 
 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Genômica e Proteômica 
Genômica: Estuda sequências e as funções gênicas das moléculas de 
DNA 
 Genômica estrutural 
 Genômica funcional 
Proteômica: é o estudo da estrutura e da função das proteínas. 
 Mais complexo: 25 mil genes Vs 20 milhões de ptn 
 
 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Clonagem 
Mecanismo comum de propagação da espécie em plantas ou bactérias. 
A técnica possibilita a identificação, localização e caracterização de genes, 
criação de mapas genéticos e sequenciamento de genomas, entre outras. 
Clonagem Reprodutiva: Transferência do núcleo de uma célula somática 
(não reprodutiva) para um óvulo cujo núcleo tenha sido retirado. 
Clonagem terapêutica: Produção de tecidos ou órgãos para transplante. 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Células-tronco 
Células com capacidade de se 
regenerar e se diferenciar, 
transformando-se em células de 
diversos tipos. 
O principal objetivo das pesquisas 
com células-tronco: Usá-las para 
recuperar tecidos danificados por 
essas doenças e traumas – USO 
TERAPÊUTICO 
 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Terapia Gênica 
É a inserção de genes nas células e tecidos de um indivíduo com vistas 
a reparar problemas causados por genes defeituosos ou ausentes 
O processo é feito por meio de um vetor 
que “infecta” as células-alvo com o gene 
terapêutico 
 Promissor no tratamento do câncer 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Biofármacos 
 Obtidas pela tecnologia de DNA 
recombinante ou a partir de anticorpos 
monoclonais. 
Envolvem o cultivo de células ou micro-
organismos e sua modificação para a 
produção (expressão) de substâncias 
em condições controladas. 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Diagnóstico 
Desenvolvimento dos chamados testes 
rápidos, de utilização simples e leitura 
fácil, substituindo com vantagens alguns 
testes convencionais. 
Testes bioquímicos baseados em cores 
e ensaios moleculares 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Vacinas 
Obtenção de imunidade a doenças pelo estímulo à produção de 
anticorpos específicos 
Vacinas: 
 1ª Geração: Bactérias inativados ou 
atenuados 
 2ª Geração: Tecnologia do DNA 
recombinante 
 3ª Geração: Vacinas gênicas ou vacinas de 
DNA 
Biotecnologia na Saúde Humana 
 Controle de Reprodução (Inseminação Artificial) 
Biotecnologia na Saúde Animal 
Expansão rápida dos estoques, 
reduzindo os custos de transporte de 
animais. 
O processo: Seleção dos pais 
(reprodutores e matrizes), de acordo 
com suas características genéticasrelativas à produtividade e à saúde. 
 Melhoramento da Produção 
Biotecnologia na Saúde Animal 
A utilização de modificadores metabólicos 
(hormônios) 
 Aumentar a produção de carne ou leite 
 Aquicultura 
Biotecnologia na Saúde Animal 
Criação de peixes, crustáceos e 
mariscos em tanques ou lagos 
artificiais 
Melhoramento genético (OGM) e 
tratamento com hormônios. 
Peixes com mais ômega 3 e 
crustáceos desprovidos da proteína 
que causa alergia. 
 Produção de Alimentos 
Obtidos a partir da fermentação de micro-organismos 
Pães, queijos, picles, cerveja, vinho e biomassa microbiana 
 
Biotecnologia e a Indústria 
 Aditivos Alimentares 
Espessantes: polissacarídeos como xantana, gelana, pululana, dextrana 
Vitaminas: riboflavina (B2), cianocobalamina (B12), biotina (H), ácido 
ascórbico(C) 
Aromas: diacetil, esteres de ácidos graxos (principalmente frutados) 
Edulcorantes: sorbitol, manitol, aspartame 
Realçador de sabor: glutamato 
Acidulantes: ácido cítrico, ácido lático 
Pigmento: beta-caroteno 
 
Biotecnologia e a Indústria 
 Produção de Ácidos Orgânicos 
Ácido acético, lático, glucônico, propiônico, fumárico, gálico, ácidos 
graxos e outros. 
 
 
Biotecnologia e a Indústria 
 Produção de Aminoácidos e Enzimas 
Aminoácidos: 66% dos aminoácidos produzidos são utilizados na 
indústria de alimentos, 30% como aditivos de rações, 4% em medicina e 
cosmética, e como matéria-prima na indústria química. 
Enzimas: utilizadas na industria de alimentos, panificação, têxtil, papel, 
detergente, couro, sucos, vinhos e xaropes 
 
 
Biotecnologia e a Indústria 
 Biopolímeros e Bioplásticos 
Biopolímeros: Sintetizados pelos seres vivos 
 Celulose, amido, quitina, proteínas, peptídeos, e os óleos vegetais 
Bioplásticos: Polimerização de uma molécula básica proveniente de 
uma fonte renovável (micro-organismo e matérias-primas vegetal). 
 Polilactato (PLA), Poli-hidroxialcanoatos (PHAs) e Poli-hidroxibutirato (PHB), 
Biotecnologia e a Indústria 
 Biocombustíveis 
ETANOL: fermentação de leveduras sobre um substrato adequado: 
cana-de-açúcar, beterraba açucareira, sorgo açucareiro, milho. No 
Brasil, a matéria-prima é a cana-de-açúcar. 
BIODISEL: combustível composto por ésteres (etílicos ou metílicos) 
produzidos na reação química entre óleos vegetais e álcool (etanol ou 
metanol), em presença de um catalisador inorgânico ou enzimático 
(lípases) 
Biotecnologia e a Indústria 
 Inoculantes Agrícolas 
É o uso de bactérias e fungos que atuam fornecendo nutrientes para as 
plantas (fixação de nitrogênio) e promovendo seu crescimento. 
Podem diminuir em 70% o uso de fertilizantes nitrogenados, 
consequentemente diminuindo a poluição causada por esses. 
 
Biotecnologia no Agronegócio 
com inoculante sem inoculante 
Com inoculante Sem inoculante 
 Transgênicos 
Produzidos obtidos a partir de organismos cujo embrião foi modificado 
em laboratório, pela inserção de pelo menos um gene de outra espécie. 
Alguns dos motivos de modificação desses alimentos são para que as 
plantas possam resistir às pragas (insetos, fungos, vírus, bactérias e 
outros) e a herbicidas. 
Biotecnologia no Agronegócio 
 Controle Biológico – Produção de bioinseticida 
Técnica que utiliza organismos vivos, para diminuir a população de 
organismos considerados pragas 
 
Biotecnologia no Agronegócio 
Joaninha predadora 
Larvas que parasitam a lagarta 
Fungo patógeno 
Besouros Formigas 
Combate de Aedes 
Aegpyti com bactéria 
(Bti) 
Biotecnologia no Meio Ambiente 
 Biorremediação 
Utilização de seres vivos ou seus 
componentes na recuperação de áreas 
contaminadas. 
Empregam plantas, micro-organismos ou 
suas enzimas para degradar compostos 
poluentes. 
 
Tratamento de resíduos domésticos 
Biorremediação 
Tratamento de esgoto 
Biotecnologia no Meio Ambiente 
 Biofertilizantes 
Fertilizantes obtidos a partir da 
decomposição da matéria 
orgânica 
Decomposição bacteriana de 
matéria orgânica em condições 
anaeróbicas 
Biofertilizantes 
Biotecnologia no Meio Ambiente 
 Biogás 
Gases liberados por bactérias anaeróbicas em função da decomposição 
da matéria orgânica – Composto principalmente de metano 
Classificado como biocombustível 
por ser uma fonte de energia 
renovável.