Transgênicos e OGMs: Entenda a Manipulação Genética

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RESUMO:
TRANSGENICOS E ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADO (OGM)
Transgênico ou Organismo Geneticamente Modificado (OGM) é qualquer organismo que tenha sido modificado geneticamente de acordo com os métodos da engenharia genética. O organismo recebe uma ou mais sequências de DNA originados de outra espécie, ou até mesmo uma sequência modificada do DNA da mesma espécie. 
- Não ocorre de forma espontânea e, sim, artificial. EX. Gene humano em animal. 
Seres transgênicos: 
O material genético inserido, retirado ou inativado irá conferir ao organismo novas características ao organismo novas características. Todo alimento transgênico é obrigatoriamente um organismo geneticamente modificado, porém, o inverso não é verdade, uma vez que as sequências de um organismo podem ser externamente modificadas e reintegradas, por transformação, em um mesmo organismo. Assim, a transgenia é uma técnica que pode contribuir para o melhoramento genético de plantas, visando à produção de alimentos, fibras e óleos, além de estar presente na fabricação de fármacos e outros produtos industriais.
- O transgêne inteiro ou parte dele pode ser proveniente da mesma espécie (DNA endógeno) ou de ma espécie diferente (DNA EXOGENO), desde vírus e bactérias ate plantas e humanos. 
O construto para adição genica pode ser transgene para microinjecao pronuclear ou transgene viral, ambos capazes de levar a produção de um animal que tem aumento da expressão de uma proteína. 
Transgênicos e OGM:
O organismo geneticamente modificado é um ser vivo que sofreu alguma mudança artificial no seu material genético, decorrente da manipulação da engenharia genética. A mudança pode ser apenas em mudanças na estrutura ou na função do próprio material genético do organismo. 
O Transgênico é um OGM que recebeu uma parte do material genético de outra espécie.
Visão bioética: 
Os animais geneticamente modificados deverão atender a legislação de biossegurança. A ideia de um organismo transgênico é receber em seu genoma uma sequência de DNA que foi manipulada em laboratório por técnicas. Essa técnica inclui a inserção de um fragmento de DNA que resulte numa modificação genética transmissível aos seus descendentes. As perspectivas da técnica: é possível produzir uma diversidade de organismos vivos que seria impensável pelos meios naturais ou extremamente demorada e custosa pelo melhoramento genético convencional. Esta ação tecnológica humana informada pelas ciências naturais consegue interferir no plano estrutural e funcional da vida.
O melhoramento genético também é muito utilizado na agricultura, em aspectos econômicos. O Brasil figura entre os países com a maior área plantada de transgênicos agrícolas no mundo. O principal motivo para esse uso, é o sucesso com essas espécies mais resistentes a pragas e secas, e uma diminuição no uso de pesticidas e defensores nas plantações. Os principais benefícios da técnica biotecnológica agrícola: Resistencia a pragas e doenças, aumento da produtividade, redução de custos, diminuição de pesticidas, herbicidas e defensores etc. 
Construto para mutação sitio-dirigida (transgênicos): possibilita a geração de animal knockout (deficiência de proteína) ou knockin (produtor de uma proteína com defeito). Ou seja, cujo genoma ocorreu a inativação ou deleção de um gene (knockout) ou a modificação de um gene (knockin). As técnicas utilizadas para a geração destes modelos permitem, portanto, a inativação de genes. 
A preparação do transgene deve iniciar-se com tais técnicas da biologia molecular: 
1 – Isolamento;
2 – Clonagem e sequenciamento do gene de interesse; 
2 – Introdução de mutações para codificar alterações proteicas ou remover sítios de enzimas de restrição; 
3 – Ligação do gene ao promotor; 
4 – Inserção em vetores virais e plasmídeos bacterianos; 
5 – Amplificação de várias copias dos fragmentos do DNA na forma circular em bactérias;
6 – Exclusão de regiões de DNA de bactérias ou vírus. 
Microinjeção Pronuclear:
Técnica comum em transgenia animal. O construto é injetado com o auxílio de um micromanipulador dentro do pro-núcleo de oócito recém-fecundado. Após a injeção, os embriões são reimplantados dentro de um oviduto de uma femea pseudogravida devido a modificação hormonal por acasalamento com macho vasectomizado. A integração do transgene ocorre de modo aleatório em uma ou várias copias e, quase sempre, durante a primeira divisão mitotica de ovócito. Ou seja, uma única microinjecao resulta na produção de uma única linhagem. Para a obtenção de homozigotos é necessário esperar a geração F2, que é obtida do cruzamento entre macho e fêmea, ambos hemizigotos e descentes daquele único animal fundador da linhagem transgênica. EX. Usando microinjecao pro-nuclearé aquele iniciado pela fusão do gene do hormônio de crescimento de rato com o promotor de metalotioneina – que possibilita o nascimento de um camundongo com dobro de peso de um normal. 
Transformação de células-tronco embrionárias: 
Uma maneira diferente de se introduzir genes exógenos em uma linhagem de camundongo é pela transformação inicial de células-tronco embrionárias e posterior introdução dessas células no embrião em fase de mórula ou blastocisto. Elas são classificadas como multipotentes, devido à sua capacidade de se diferenciar em qualquer tipo celular. Quando são recolocadas em um blastocisto, as células-tronco embrionárias podem retomar o seu desenvolvimento normal. Isto acontece porque o embrião é incapaz de diferenciar suas células das células multipotentes injetadas, os sinais responsáveis pelo desenvolvimento da massa celular interna são os mesmos das células TE. O método de transgenia é feito a partir da integração de sequências de DNA no genoma das células tronco extraídas, a introdução dos novos genes é realizada por recombinação homóloga in vitro. Após a adição do gene exógeno, é realizada a seleção das células TE modificadas para posterior microinjeção em embriões. 
Biotecnologia na Agropecuária:
Hoje, a prática de transgênica na pecuária é comum. Como é o caso de cachorro, moscas, galinhas, camundongos etc. 
Os defensores da engenharia genética tendem a promovê-la como a solução para problemas tão diversos como fome, crime, mudança climática e doenças como o câncer. Outros, se preocupam com o impacto que animais transgênicos possam ter sobre alimentos, saúde, agricultura, meio-ambiente e sociedade.
Como é o caso de um tipo de frango transgênico que não transmite o vírus da gripe aviária foi desenvolvido por pesquisadores das universidades de Cambridge e Edimburgo, na Grã-Bretanha. Mesmo que esteja em contato com outros frangos, o animal infectado não transmite o vírus para outros. 
CELULAS TRONCO
O corpo humano é constituído por cerca de 75 trilhões de células, que se originam por meio das células-tronco. E, à medida que crescemos e envelhecemos, as células-tronco são também responsáveis por repor e recompor os tecidos danificados ou enfermos de nosso organismo. Dão origem a diversos tipos celulares, podendo até produzir vasos sanguíneos que nutrem o órgão.Outra característica bastante particular das células-tronco é a autorreplicação, capacidade, que têm de produzir cópias de si mesmas.
Classificação das células tronco:
1) Totipotentes: Origem embrionária, tem capacidade de diferenciação em qualquer tecido do corpo, inclusive placenta e anexos embrionários, estando presentes nas primeiras fases da divisão células. 
2) Pluripotentes (ou multipotentes): Tem capacidade de diferenciação em quase todos os tecidos humanos, exceto placenta e anexos embrionários e surgem quando o embrião atinge a fase de blastocisto.
3) Oligopotentes: Possuem capacidade de diferenciação em poucos tecidos. EX. Cordão umbilical e medula óssea. 
4) Unipotentes: Só conseguem diferenciar-se em um único tecido do corpo humano. 
Classificadas quanto a sua origem: 
Embrionárias: São obtidas no máximo até o estágio de blástula (blastocisto). Podem ser topipotentes ou pluripotentes. 
Não embrionárias (adultas): São obtidasapós o estágio de blástula. São pluripotentes, oligopotentes ou onipotentes. EX. Medula óssea e cordão umbilical. 
Pesquisa com célula tronco embrionária: Embriões humanos podem ser obtidos por meio de fertilização ou de transferência de núcleos (clonagem). Por fertilização, seja ela sexuada ou assistida (inseminação artificial por fecundação in vitro). 
O princípio da utilização da terapia com células-tronco é restabelecer as funcionalidades de um órgão ou tecido, transplantando células novas para substituir as que foram acometidas por doenças ou que em função de um problema genético. Esse processo se dá através da introdução de células indiferenciadas na circulação ou no local afetado. EX. Transplante de órgãos e tecidos. 
Células tronco na Biossegurança:
A biossegurança surge como um complexo de ações voltadas à prevenção, controle e diminuição dos riscos causados à saúde humana e ao meio ambiente, em virtude do emprego das técnicas biotecnológicas. Um assunto polêmico é da pesquisa com as células-tronco. E nos últimos dez anos, as pesquisas científicas têm mostrado que a utilização terapêutica de células-tronco pode recompor tecidos danificados do corpo humano. Sendo assim, as células tronco podem servir para tratar alguns tipos de doenças como: doenças cardiovasculares, câncer, Mal de Parkinson e Alzheimer. Porém, para que se extraia esse tipo de célula-tronco, o embrião deve ser destruído, e isso esbarra na oposição de setores religiosos da sociedade. A Lei da Biossegurança acabou avaliando em seu artigo 5º, a utilização de células-tronco embrionárias, desde que produzidas pelo método de fertilização in vitro. 
Clonagem
Clonagem é um processo natural (como é o caso de gêmeos idênticos) ou artificial (quando há a utilização de células somáticas) em que são produzidas cópias geneticamente idênticas de outro ser, através de reprodução assexuada. O grande marco foi o da ovelha Dolly, que abriu caminho para possibilidade de clonagem humana. Pela primeira vez, de que era possível clonar um mamífero, isto é, produzir uma cópia geneticamente idêntica, a partir de uma célula somática diferenciada. A partir da clonagem da ovelha Dolly (em 1997), já foram gerados com sucesso clones bovinos, de camundongos, de porcos, entre outros. 
Clonagem terapêutica: inserirmos em um útero o óvulo cujo núcleo foi substituído por um de uma célula somática deixarmos que ele se divida no laboratório teremos a possibilidade de usar estas células – que na fase de blastocisto são pluripotentes – para fabricar diferentes tecidos. É importante que as pessoas entendam que, na clonagem para fins terapêuticos, serão gerados só tecidos, em laboratório, sem implantação no útero.
“Uma pesquisa publicada na revista Sciences por um grupo de cientistas coreanos (Hwang e col., 2004) confirma a possibilidade de obter-se células-tronco pluripotentes a partir da técnica de clonagem terapêutica ou transferência de núcleos (TN).” 
Terapia genica
Já a terapia gênica é o tratamento baseado na introdução de genes sadios com uso de técnicas de DNA recombinante. Com isso, irá corrigir uma informação que está errada ou ausente do DNA de um indivíduo, o que pode levar a cura da doença ou alívio dos seus sintomas.
TECNOLOGIA DE SOROS E VACINAS
As vacinas e kits de diagnóstico são importantes ferramentas para diagnóstico e prevenção de um grande conjunto de doenças que afetam a espécie humana e as espécies animais. Soro e vacina são dois agentes que atuam como imunizadores. 
Primeira geração: vacinas inativadas; vacinas atenuadas; vacinas de subprodutos inativados (toxóides); vacinas de subunidades (polissacarídeo capsular);
 Segunda geração: tecnologia do DNA recombinante: vacinas de proteínas recombinantes; vacinas de DNA e, vacinas de vetores bacterianos geneticamente modificados OGMs (E. coli, Shigella sp. auxotróficas, Lactococcus lactis).
Classificação das vacinas:
· Atenuada
· Inativas ou morta 
· Subunidade
· Conjugadas 
· Recombinante
Vacinas Atenuadas:
Promovem a perda da capacidade patogênica, mas mantem imunogenicidade. EX. Vacinas bacterianas induzem a proteção limitada, eficazes apenas por curto prazo. Já as virais, induzem a imunidade específica de longa duração e dose única. 
Doenças: Febre amarela, rubéola, Sarampo, Caxumba, Catapora. 
vacinas inativadas:
 Levam o microrganismo a incapacidade de replicação. 
Doenças: Hepatite A, Raiva, Cólera, Gripe, febre tifoide. 
Vacinas de Subunidades: 
Usa somente fragmentos antigênicos ou produtos de um microrganismo (maior imunogenicidade). 
Doenças: Hepatite B, pneumonia causada por Streptococcus pneumoniae, HPV. 
Vacinas Recombinantes: 
Produzidas mediante a tecnologia de DNA recombinante. Ou seja, é a inserção de um gene que produz uma proteína imunogênica em um microrganismo. Tipos: Subunidades, vetorizada ou genica (DNA). EX. Hepatite B, HPV – em animais: Raiva (Vaccinia vírus), Leucemia felina (canarypox vírus) etc. 
Doenças: Em testes clínicos. 
Vacinas Genicas (DNA): 
Baseada na própria informação genética dele mesmo. Dessa forma, essa informação genética codifica uma ou mais proteínas do organismo patogênico, utilizando a maquinaria do próprio hospedeiro. No caso das vacinas gênicas, o agente terapêutico é o material genético (DNA), por isso também são denominadas vacinas de DNA.
Produção de vacinas
1) Cepas: é essencial dispor-se de cepas eficientes, ou seja, que sejam alto-produtoras dos antígenos de interesse. Essas estirpes devem passar por programas de melhoramento genético para serem cada vez mais eficientes.
2) Preservação de cepas: Liofilização, ultrafreezer-80 e nitrogênio líquido-196.
3) Multiplicação: Conhecimento das características biológicas, meios de cultivo e fermentação (biorreatores).
4) Separação, purificação e concentração do produto: Não basta produzir bem os antígenos de interesse. É necessário que as operações unitárias utilizadas no processo sejam eficientes, para que não se perca parte do antígeno nessas operações subsequentes.
5) Controle de qualidade: Os controles de processo incluem o pH, confirmação da inativação, quantificação do antígeno e pureza (ou seja, a ausência de outros microrganismos contaminantes). No produto final faz-se o PH, aspectos visuais, esterilidade/ pureza, inocuidade e teste de potência. 
O teste de potência é feito através de métodos imunoquímicos: in vivo: realizados em animais de biotério (camundongos e coelhos) e nas espécies-alvo para as quais a vacina é indicada. In vitro: ELISA, soro-neutralização etc. 
SEQUENCIAMENTO DE DNA
O sequenciamento genômico é uma técnica que permite identificar, na ordem correta, a sequência de nucleotídeos de uma molécula de DNA (ou RNA), visando conhecer a informação genética contida nesta estrutura. 
Como não é possível sequenciar diretamente fragmentos de RNA; torna-se necessário isolar os mesmos e transcrevê-los de forma reversa, através do uso de uma enzima específica (transcriptase reversa) em cDNA, que corresponde a parte codificante dos RNAs mensageiros). A retrotranscrição também é válida para situações em que se queira sequenciar outros tipos de RNAs. 
Método de Sanger:
A técnica de sequenciamento desenvolvida por Sanger, em 1977, utiliza marcação radioativa. O método marca os fragmentos de DNA sintetizador a partir da fita molde. A síntese de novos fragmentos de DNA a partir da fita molde da técnica de PCR. 
PCR convencional - que consiste na síntese in vitro de uma fita de DNA complementar a um DNA molde, utilizando os seguintes componentes básicos da replicação celular: Se utiliza a amostra (cDNA; Gdna), iniciadores, dNTPs (dATP, dttp, Dctp. dGtp), enzima DNA polimerase, tampão da enzima – Mg²+ (MgCL2 ou MgSO4). 
É necessário a presença de didesoxinucleotídeos (ddATP, ddCTP, ddGTP e ddTTP), que atuam como terminadores da síntese de DNA. A chance dos desoxi ou didesoxinucleotídeos serem incorporados numa determinada posição da cadeia de DNA nascente é a mesma, uma vez que a DNA polimerase não consegue distinguir estes dois nucleotídeospelo fato da diferença entre eles ser apenas a ausência do grupo OH na posição 3. 
O princípio da técnica consiste em marcar radioativamente alguns dos desoxinucleotídeos livres em solução ou o primeiro desoxinucleotídeo do primer com P32 ou S35. Após incorporação na cadeia de DNA nascente, estes átomos marcados emitem radiação que é utilizada para impressão de uma chapa radiográfica, permitido desta forma, visualizar os fragmentos resultantes da amplificação
Sequenciamento por capilar: Usa a visualização em picos de gráficos. Processo de DNA polimerase dRNTPA desnaturação equipamentos por capilaridade.
Biblioteca genômica de Shotgun: 
 Técnica que bombardeia aleatoriamente o genoma a ser sequenciado com partículas que promovem sua fragmentação. Após este passo, obtêm-se a biblioteca genômica pela inserção de cada fragmento (inserto) num vetor apropriado (processo conhecido como clonagem). Fragmentos clonados pequenos (no máximo 1400 pb) podem ser completamente sequenciados somente com o uso de primers que anelam no vetor.
Método do Pirosequenciamento:
Nova geração sequenciadores – baseia-se nos seguintes passos: 
1. fragmento do DNA molde; 
2. Ligação de sequencias adaptadoras nas extremidades de cada fragmento gerado;
3. Separação das fitas de DNA duplo (dsDNA) em uma fita de DNA simples;
4. Ligação das sequencias adaptadoras das sequencias em nanoesferas, denominadas beads. 
Os Beads serão internalizados por gotículas de óleo e a única fita de DNA ligada a nanoesfera dará origem a várias outras fitas, que também se ligarão a essas nanoesferas. Desta forma, cada bead ficará coberta por milhares de cópias de uma única sequência de DNA. 
Método Ion Torrent: 
A plataforma de sequenciamento Ion torrente desenvolvida pela LIFE TECHNOLOGIES possui uma abordagem de sequenciamento de DNA diferenciada, viscto que a identificação das bases da unicamente por PH, e não por ddNTPs ou reações luminosas. 
3° geração de sequenciadores: 
Sequenciamento de uma única molécula de DNA. Sequenciamento Single Molecule Real Time (SMRT): presença da enzima polimerase, 20 mil vezes mais rápida do que o método de Sanger. Método de síntese em tempo real. 
Aplicação: Sequenciamento completo de genoma de vírus e bactérias; metilações (DNA transmetilases). Mudanças epigenéticas. Realiza leituras de longo comprimento (até 20 kbp), Precisão de 99,999% etc. 
MARCADORES MOLECULAR TUMORAIS
Os marcadores biológicos – macromoléculas em sua maioria proteínas ou pedaços de proteínas (antígenos de superfície, enzimas, hormônios) presentes no tumor, no sangue ou em outros líquidos biológicos. Relaciona-se com a gênese e o crescimento neoplásico. 
Utilidade dos marcadores tumorais:
- Manejo clínico dos pacientes com câncer; 
- Auxilia nos processos de diagnostico; 
- Estadiamento;
- Avaliação da resposta terapêutica;
- Prognostico. 
Podem ser caracterizados ou quantificados por meios bioquímicos ou imunoistoquímicos nos tecidos ou no sangue, e por testes genéticos para pesquisas de oncogenes, genes supressores de tumores e alterações genéticas. 
Características:
1) Específico do respectivo tumor: Não deve ser detectado em doenças benignas ou indivíduos saudáveis. 
2) Possui alta sensibilidade: ser detectado muito precocemente, quando apenas algumas células cancerosas estiverem presentes.
3) Libertado proporcionalmente ao volume do tecido tumoral
MARCADORES TUMORAIS
AFP – Alfafetoproteina: Importante proteína do soro fetal, que é sintetizada no fígado, saco vitelino e intestino do feto. Em níveis elevados – carcinoma hepatocelular e tumores testiculares. Doenças inflamatórias – Doença de Crohn. 
CEA - Antígeno carcinoembrionario: Pode ser usado para câncer de pulmão e de mama, mas pode também estar alterado em outros tipos de câncer, como melanoma, linfoma, tireoide, pâncreas, fiago, estomago, rins, próstata, ovário etc. Também pode estar elevado em algumas doenças benignas, como hepatite, doença pulmonar obstrutiva crônica, colite, artrite reumatoide e pancreatite. 
 NSE – Enolase neurônio-específica: Caracterizada como enzima catalisadora da via glicolítica anaeróbia, a enolase se encontra distribuída em todos os tecidos dos mamíferos. Os autores descreveram a enzima glicolítica NSE como marcador histoquímico das células pulmonares que apresentam diferenciação neuroendócrina. A dosagem sérica da NSE no diagnostico do carcinoma de pulmão de pequenas células e, tem sua aplicação como forma de monitor terapêutico, nos pacientes em curso quimioterápico. 
CA 19-9: É liberado na superfície da célula cancerosa e penetra na corrente sanguínea, onde pode ser detectado. Este marcador tumoral é indicado no auxílio ao estadiamento e à monitoração de tratamento em primeira escolha de câncer de pâncreas e trato biliar e, em segunda escolha, no câncer colorretal. 
PSA – Antígeno prostático específico: O PSA é importante no monitoramento da resposta terapêutica e no acompanhamento de homens com câncer de próstata. Marcador tumoral para CA de próstata. Homens com hiperplasia prostática benigna, um crescimento benigno da próstata, frequentemente tem níveis elevados. O PSA também deve cair após o tratamento com radioterápico. 
Tireoglobulina: Proteína produzida pela glândula tireoide. Os níveis de tireoblobulina no sangue devem cair para níveis indetectáveis após o tratamento de um câncer de tireoide.
HCH – Gonadotropina coriônica: Beta-HCG – normalmente encontrado no soro e urina durante a gravidez. Niveis elevados no sangue em pacientes com alguns tipos de câncer de testículo e ovários (tumores de células germinativas) e doença trofoblastica gestacional, principalmente coriocarcinoma. 
LDH – Desidrogenase lática: Enzima expressa nos tecidos cardíaco e muscular esquelético – importante no prognostico de Linfoma não Hodgkin recente e CA de próstata. 
CA- 50: Este marcador é expresso pela maioria dos carcinomas epiteliais (câncer gastrintestinal e de pâncreas). Semelhança ao CA 19.9, e, também são expressos por doenças benignas hepáticas e das vias biliares. 
CA 125: Atualmente, sua principal aplicação é permitir o seguimento da resposta bioquímica ao tratamento e predizer a recaída em casos de câncer epitelial de ovário
Antígeno 549 – CA 549: Associado ao CA de mama – eleva-se em metástase.
Útil: resposta ao tratamento, prognóstico e diagnóstico, sinal de
progressão.
Telomerase: Expressa em várias neoplasias malignas - em níveis elevados CA de bexiga pode ser detectado em amostras de urina ou tecidos. 
BIOINFORMATICA E NANOTECNOLOGIA
Bioinformática: PAULIEN HOGEWER – métodos para armazenamento, recuperação e análise de dados biológicos, tais como ácidos nucleicos. Áreas: concepção de medicamentos e desenvolvimento de novas ferramentas de software para criação e administração do conhecimento. 
Utiliza-se banco de dados, sistemas de informação, tecnologias web, inteligência artificial, biologia estrutural, engenharia de software, processamento de imagem, matemática e estatísticas. 
· Sistemas atuais funcionam de forma semelhante, para a análise de DNA genômica, tal como o GENE MARK, encontram genes codificadores de proteínas. 
· Predição de genes: procedimento de identificar proteínas e sequencias de RNA codificantes nas amostras de DNA.
· Pode ser métodos que analisam propriedades de sequencias de genomas para diferenciar entre sequencias codificadoras e regiões não codificadoras. EX. Genmark.hmm. 
Nanotecnologia é a habilidade de manipular átomos e moléculas individualmente para produzir materiais nanoestruturados e micro objetos com aplicações no mundo real. Ela envolve produção e aplicação em sistemas físicos, químicos e biológicos em escalas que variam de um átomo individual a moléculas de cerca de 100 nanômetros, assim como a integração das nanoestruturas resultantes em sistemas mais complexos. 
Tem como objetivo: 
· Criar novos materiais;
· Desenvolver novos produtos;
· Criar processos baseados na capacidade de ver e manipular átomos e moléculas.
O campo da Nanotecnologia, além da fabricaçãode nanosistemas, provê o ímpeto ao desenvolvimento de ferramentas experimentais e computacionais. E ainda inclui sistemas nanoeletromecânicos como sensores, sistemas micromecatrônicos e microfluidos. Esses sistemas podem controlar e ativar individualmente cada função na nanoescala e até gerar efeitos na macroescala.
· BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) – Identifica genes similares aos observados e informa a existência de famílias de genes dentre o metagenoma (é um algoritmo para comparar informações de sequências biológicas tais como sequências de aminoácidos etc.). 
História da Nanotecnologia: 
· 2500 anos atrás: Filosofos gregos já estudavam qual a unidade formadora dos materiais. 
· 1959 Richard Faynman: sugeriu o arranjo de átomos de acordo com a necessidade considerado o pai da nanotecnologia. 
A nanotecnologia é um conjunto de técnicas usadas para manipular a matéria na escala de átomos e molecular – 1 a 100 nm. 
Vantagens no uso da biotecnologia:
· Carbono na forma de grafite (lápis) é macio e maleável; em nanoescala pode ser mais resistente que o aço e seis vezes mais leve. 
· O alumínio em nanoescala pode entrar em combustão espontânea e pode ser utilizado como combustível para foguetes. 
Aplicações Nanotecnologicas: 
- Bola de tênis; 
- Roupas;
- Esportes;
- Cosméticos. 
Nanotecnologia na Medicina e Indústria Farmacêutica:
Sua aplicação na produção de fármacos está melhorando a eficiência dos remédios, diminuindo a toxicidade dos efeitos colaterais e abrindo novos mercados de atuação do farmacêutico. Desenvolver soluções em sistemas invisíveis a olho nu é uma das premissas da nanotecnologia.
Nanorobos: Através de uma ressonância magnética, cientistas conseguiram controlar os movimentos de um pequeno aparelho dentro de uma artéria. Diagnostico de qualquer tipo de doença. Acesso a tumores e destruí-los etc. 
Nanotecnologia nos Cosméticos:
Quando falamos de cosméticos, a nanotecnologia se refere à pequenas partículas que contém princípios ativos capazes de penetrar nas camadas mais profundas da pele, como apontam artigos científicos.  Potencializando o efeito do produto, sendo mais rápido e eficaz. Como por exemplo, Antioxidante Hidratante da Sallve, L Oreal Kerastase (nanoemulsão), L Oreal Revitalife (lipossomas) etc. 
· Dendrimeros: os dendrímeros, por apresentarem algumas propriedades singulares como a sua multivalência controlada e a sua monodispersidade, são um dos nanossistemas mais estudados atualmente. Essa macromolécula permite a ligação a fármacos, grupos de vetorização do fármaco ou grupos solubilizantes, proporcionando assim um comportamento farmacocinético reprodutível. Estes sistemas permitem aumentar a solubilidade e a biodisponibilidade de fármacos pouco hidrossolúveis. 
· Lipossomas: os lipossomas foram os primeiros nanossistemas utilizados na clínica e, ainda hoje, são os únicos aprovados para administração endovenosa. O primeiro medicamento lipossomal a ser introduzido no mercado foi a doxorrubicina (Doxil/Caelix) em 1995. Os lipossomas são vesículas esféricas artificiais de tamanho variável (20 nm a vários micrômetros de diâmetro) que podem ser produzidas com fosfolipídios naturais e colesterol.
· Nanopartículas (metálicas e lipídicas solidas):  são caracterizadas por possuir uma alta superfície de contato e grande número de partículas por unidade de peso. Assim, a nanopartícula é usada para melhorar a disponibilidade ou estabilidade quando comparada com o mesmo material na forma molecular.
· Nanoemulsões: este sistema é composto por óleo, água, e um ou mais agentes surfactantes, podendo ser uma dispersão óleo em água ou água em óleo, apresentando elevada estabilidade cinética.  Uma das vantagens apresentadas pela utilização de nanoemulsões é o aumento da hidratação da pele e de sua elasticidade. 
· Nanoesferas: podem ser utilizadas para encapsular ativos como fragrâncias e vitaminas. Suas características podem permitir, por exemplo, que fragrâncias permaneçam sobre a pele após longo período de aplicação.
· Nanocapsulas: são sistemas nanovesiculares que apresentam uma estrutura com núcleo e invólucro típica, com tamanho de partícula na faixa de aproximadamente 100 a 500 nm. As nanocápsulas são normalmente utilizadas em cosméticos para proteger ativos sensíveis, reduzir odores indesejáveis e evitar incompatibilidades entre os ingredientes da formulação. Um dos primeiros produtos a utilizar nanocápsulas foi um creme antirrugas com vitamina A encapsulada
· Nanotubo de carbono: podem apresentar alta resistência mecânica, alta flexibilidade, características elétricas e térmicas. Os nanotubos de carbono possuem uma vasto campo de aplicação prática, como: construção de transistores para circuitos eletrônicos, produtos esportivos como tacos de basebol, fabricação de telas coloridas dobráveis, biotecnologia, roupas inteligentes e resistentes,
São partículas metálicas para aumento de brilho em maquiagens, nanoemulsões para cabelos mais hidratantes, proteção de ativos contra a degradação (encapsulamento da vitamina C), liberação em camadas mais profundas da pele de ativos antirrugas e melhoria da textura do creme e formação de um filme mais eficiente de protetores solar (nanopartículas de dióxido de zinco). 
Nanotecnologia nos Alimentos: 
A nanotecnologia na alimentação nos permitirá ter acesso a produtos mais saudáveis, resistentes a doenças e menos perecíveis. O Agro mostra alguns exemplos de nanotecnologias que estão sendo desenvolvidas: sensores para analisar o estado de frescor e estimar a vida útil com precisão, detecção e neutralização imediata de microrganismos patogênicos, aditivos, remédios, toxinas, metais pesados e pesticidas e detecção de alérgenos e fatores antinutricionais. EX. Chocolate em nanopartículas para melhor textura. 
Biomaterial:
É um material não biológico utilizado em um dispositivo médico, intenção de interagir com os sistemas biológicos. Melhoram a qualidade de vida – aumenta longevidade.
Funções terapêuticas: restaura, trata ou substitui algum tecido, órgão ou função do organismo – diagnostico. 
- Biocompatibilidade;
- Biofuncionalidade;
- Propriedades mecânicas; 
- Esterilização. 
Tipos de biomateriais:
Metálicos – Composto por um ou mais elementos metálicos (Fe, Cu, Al) e alguns não metais 
(C, N, O). Aplicações: Parafusos, próteses e implantes. 
Cerâmicos – Resultante da ligação de um metal ou um ametal, são em sua grande maioria, inorgânicos, policristalinos e refratários. Aplicações: regeneração do tecido ósseo, revestir implantes metálicos. 
Compostos – São materiais resultantes de dois materiais quimicamente diferentes e não solúveis entre si, existindo uma interface de contato. Aplicações: Válvulas cardíacas, artificias, implantes de junta de joelho. 
Poliméricos – Materiais orgânicos com longas cadeias moleculares. Podem surgir de dois tipos de polímeros: sintéticos e naturais. Aplicações: Substituir a cartilagens, vasos sanguíneos, suturas, lentes oculares, implantes etc.