Introdução à Biotecnologia

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Introdução à 
Biotecnologia
Profª Ma. Raphaella Ingrid Santana Oliveira
Tópicos da aula:
• Conceitos, Histórico e Bases da Biotecnologia;
• Tipos de Biotecnologia; 
• Modelos em Biotecnologia.
Biotecnologia
• A biotecnologia consiste no uso de sistemas celulares para o desenvolvimento de 
processos e produtos de interesse econômico ou social. 
Qual a função da Biotecnologia?
• A Biotecnologia concentra-se em aplicações práticas da ciência e inclui as 
tecnologias de base biológica que são usadas para produzir vários produtos.
É definida como qualquer técnica que utilize sistemas biológicos
para produzir ou modificar produtos, desenvolver
microrganismos para usos específicos ou melhorar plantas e
animais, impactando diferentes campos da ciência. Como
aplicações de vinificação e biologia celular envolvendo cultura de
tecidos, transgenia e clonagem.
Biotecnologia
• Envolve tecnologias que visam a solução de problemas a fim de trazer
melhorias para a vida humana.
Na agricultura, agora é possível projetar geneticamente certas espécies
de plantas e, na indústria médica, foram desenvolvidas tecnologias para
identificar indivíduos vulneráveis ​​a certas doenças.
EXEMPLO:
Biotecnologia
• Características de inovação radical, impacto
atual e potencial frente a problemas globais
(doenças, nutrição e poluição ambiental) com
promessa de desenvolvimento industrial
sustentável (utilização de recursos renováveis,
“tecnologia limpa”, redução do aquecimento
global).
Por ser uma área que interliga ciência e tecnologia, a Biotecnologia, envolve biologia, química, microbiologia, genética, 
engenharia, tecnologias das fermentações, purificações e o controle de processos industriais.
Ela gera serviços e produtos como:
•Biogás.
•Biorremediação.
•Biofertilizantes.
•Mudas de plantas livres de doenças.
•Etanol.
•Combustíveis de segunda e terceira geração.
As três gerações da Biotecnologia
• Embora a Biotecnologia possa parecer uma tecnologia recente, sua origem pode ter
ocorrido há mais de seis mil anos, a partir dos relatos de que os microrganismos
eram usados nos processos fermentativos para produção da cerveja e do pão.
• A Biotecnologia evolutivamente foi separada em três gerações.
Primeira Geração
Segunda Geração
Terceira Geração
As três gerações da 
Biotecnologia
Primeira Geração
• A Primeira Geração, conhecida como Idade Nova,
começou com o desenvolvimento de tecnologias
datadas entre 6000-2000 a.C. por Sumérios,
Babilônios, Egípcios e Gregos, que:
• Utilizavam organismos inteiros na fermentação de
grãos de cereais para obtenção de pães e bebidas
alcoólicas.
• Domesticavam plantas e animais.
• Realizavam o cruzamento de espécies animais e
plantas.
• Faziam uso de fitoterápicos.
• Esta geração teve seu início marcado pelo
domínio das técnicas de domesticação e
cruzamento de espécies animais e plantas, pelas
antigas civilizações.
A capacidade de domesticar e selecionar seletivamente
plantas e animais foi formativa no desenvolvimento
humano. Contudo os agentes causadores das fermentações
ainda eram desconhecidos.
As três gerações da 
Biotecnologia
Segunda Geração
• A segunda geração teve mais compreensão
microbiológica e levou ao desenvolvimento de
técnicas de cultivo e extração em meados do
século XX, com a produção de antibióticos
a partir de fungos.
• Nessa mesma época, Pasteur descobriu que as
fermentações eram causadas por
microrganismos anaeróbios e que
a fermentação se iniciava com a transformação
da glicose a partir da glicólise.
• Na indústria, a fermentação é considerada como
qualquer processo para a produção de vários
compostos químicos ou farmacêuticos por meio
do cultivo em massa de microrganismos.
Louis Pasteur.
Fermentação
É um processo químico com a ausência de O2 onde os microrganismos realizam a 
transformação de matéria orgânica em outros produtos e energia. É a forma em que os 
microrganismos encontram para produzir energia para desempenhar suas funções. 
É uma via de produção de energia que utiliza matéria orgânica, como glicose. Antes de 
fermentação ocorrer, necessário ocorrer a glicólise.
Fermentação alcoólica, láctea, butírica e acética.EXEMPLOS:
Fermentação
• A fermentação é usada em muitas 
indústrias para a produção de:
• Vários alimentos.
• Bebidas alcoólicas.
• Levedura de padaria.
• Biocombustíveis.
• Ácidos orgânicos.
• Enzimas.
• Vitaminas.
• Antibióticos.
• Vacinas.
• Anticorpos monoclonais.
• Esteroides.
• Hormônios.
• Produtos químicos.
Pasteurização
• Pasteurização é o processo utilizado em alimentos para destruir microrganismos patogênicos ali
existentes. Foi criado em homenagem ao químico francês que o criou, Louis Pasteur.
• A pasteurização é o processo de aquecimento de um líquido abaixo do ponto de ebulição para
destruir microrganismos. Foi desenvolvida por Louis Pasteur em 1864 para auxiliar na conservação do
vinho. Embora o próprio Pasteur não tenha aplicado a pasteurização ao leite, ele realizou estudos
posteriores demonstrando que a acidificação do leite era devido ao crescimento de microrganismos.
O trabalho de Pasteur explicou o papel dos microrganismos como causa de mudanças indesejáveis
nos alimentos.
• A criação de técnicas para a conservação dos alimentos desenvolvidas por Louis Pasteur que permitiu
o crescimento das indústrias alimentícias
As três gerações da 
Biotecnologia
Terceira Geração
• A terceira geração está relacionada ao isolamento,
manipulação de genes, aplicação de enzimas de restrição
e anticorpos monoclonais.
• Werner Arber e colaboradores descobriram enzimas de
restrição enquanto estudavam um fenômeno
denominado restrição ou modificação, como era conhecido
na época, de bacteriófagos controlada pelo hospedeiro.
• Essas enzimas têm a capacidade de reconhecer sequências
de bases específicas no DNA e, em seguida, cortar cada a
dupla hélice de maneira muito precisa, dividindo o DNA
em fragmentos nos locais de reconhecimento específicos
ou próximos a eles, dentro da molécula, conhecidos como
locais de restrição. Por isso, são chamadas de tesouras
moleculares.
• Arber descobriu que a bactéria Escherichia
coli possuía uma tesoura capaz de cortar regiões
específicas do DNA de um vírus descrevendo a
enzima como EcoRI (Escherichia coli Restriction I).
Curiosidades:
A descoberta das endonucleases de restrição e das DNA ligases
serviram de base para a produção de:
•Insulina em bactérias.
•Drogas monoclonais de hibridomas de células de mamíferos.
•Técnicas de cultura de célula ou de tecidos.
•Purificação em larga escala de proteínas e macromoléculas.
• A descoberta da estrutura da molécula de DNA por Watson e Crick em 1953, que é considerada
um marco importante para o desenvolvimento da Engenharia Genética, pois a partir de então,
foi possível a manipulação da molécula de DNA.
• Este evento permitiu a criação do DNA recombinante, e com ele surgiram os organismos
geneticamente modificados, a obtenção de proteínas heterólogas para o tratamento de
doenças como o diabetes, o desenvolvimento da Genética Forense, da reprodução assistida e
do diagnóstico genético.
O que é DNA recombinante?
Novas tecnologias e produtos são desenvolvidos todos os anos nas áreas de:
•Medicina - desenvolvimento de novos medicamentos e terapias.
•Agricultura- desenvolvimento de plantas geneticamente modificadas, biocombustíveis, tratamento biológico.
•Biotecnologia Industrial - produção de produtos químicos, papel, têxteis e alimentos.
O marco no desenvolvimento da Biotecnologia moderna, contudo, foi a inserção do DNA recombinante ou rDNA
nas bactérias, de modo que o DNA estranho se replicasse naturalmente.
Os cientistas Boyer e Cohen, realizaram alguns experimentos expressando em bactérias genes
de outras espécies. Isso incluiu genes da rã Xenopus laevis que, em 1974, foram inseridos com
sucesso na bactéria Escherichia coli, criando o primeiro Organismo Geneticamente
Modificado (OGM), que expressava um gene de um organismo de um domínio diferente –
bactéria transgênica.
A partir disso, váriosavanços foram obtidos, como, por exemplo, a produção de insulina
humana e o mosquito transgênico, que foi liberado no Brasil para combater a dengue.
O que é DNA recombinante?
O que é DNA recombinante?
• A técnica do DNA recombinante possibilita a remoção de genes de um
organismo colocando em outro organismo, criando, assim, um
híbrido. A tecnologia é mediada por duas enzimas: a endonuclease de
restrição e DNA ligase.
• A enzima de restrição reconhece uma sequência específica de DNA e
corta dentro ou próximo a essa sequência, gerando fragmentos de DNA
que são unidos novamente pela ação enzima da DNA ligase.
O que é DNA recombinante?
• Com essa técnica, foi possível o desenvolvimento em diversas áreas como, por exemplo, na
medicina, com as vacinas gênicas, na indústria alimentícia, com a produção de alimentos
transgênicos, e, na agricultura, com a obtenção de plantas resistentes a pragas.
• Possibilidade de obtenção de novas características, bioprodutos, desenvolvimento de novos
protocolos para o tratamento de doenças, bioprocessos para a indústria e o meio ambiente.
• A Biotecnologia Moderna envolve a fabricação de produtos úteis a partir
de organismos inteiros ou partes de organismos, como moléculas, células,
tecidos e órgãos e incluem organismos geneticamente modificados,
terapias celulares e nanotecnologia.
• Quando a Biotecnologia Moderna surgiu, no final da década de 1970, foi
aplicada pela primeira vez no setor da saúde, com o aparecimento de DNA
recombinante. Uma década depois, as mesmas abordagens moleculares
chegaram às indústrias agrícola e de alimentos.
Biotecnologia Moderna
As Biotecnologias, então, começaram a enriquecer as 
capacidades dos processos microbianos industriais, trazendo 
novos genes para catalisadores vivos e modificando seus 
genomas para atender às necessidades de produção pré-
especificadas.
EXEMPLO:
Agora, algumas bactérias e leveduras conhecidas pela indústria 
podem ser reprogramadas e reaproveitadas geneticamente.
Para produzir lipídios que servem como precursores de biocombustíveis. Até produtos químicos não
naturais, como gasolina e ácido tereftálico, já podem ser produzidos por engenharia metabólica.
A chegada da Biologia de Sistemas no final dos anos 1990 e o surgimento da Biologia Sintética no início dos anos
2000, no entanto, mudaram completamente o jogo de projetar microrganismos e sistemas vivos ainda mais
elevados, como agentes de transformações em escala industrial de matérias-primas de diversas origens em produtos
valiosos.
Microrganismos capazes de produzir uma variedade de produtos químicos de importância industrial, incluindo
alguns ácidos dicarboxílicos, como o ácido succínico e o ácido adípico, diois, 1,3-propanodiol, 1,4-butanodiol e as
diaminas putrescina e cadaverina, entre muitos outros desenvolvidos.
• Além disso, a Biotecnologia Contemporânea produziu biomateriais, incluindo polissacarídeos
(celulose microbiana), proteínas (seda de aranha) e até polímeros sintéticos por fermentação de
microrganismos manipulados.
• Algumas cepas foram projetadas com sucesso para produzir poli-hidroxialcanoatos, uma família de
diversos biopolímeros, para aplicações em embalagens ambientalmente amigáveis, medicamentos e
materiais inteligentes.
Os tipos: As cores da Biotecnologia
• Você sabia que as cores podem distinguir as diferentes áreas de aplicação da Biotecnologia?
Biotecnologia Verde
• A Biotecnologia Verde dedica-se às aplicações agrícolas e alimentares, como melhoramento de
vegetais, sementes e plantas geneticamente modificadas, colheitas mais resistentes às pragas e
substâncias químicas, além de alimentos transgênicos.
• A Biotecnologia Verde é a área da agricultura que trata do melhoramento genético de plantas,
incluindo a produção de plantas e sementes transgênicas, ou seja, Organismos Geneticamente
Modificados, resistentes a doenças, herbicidas e inseticidas, aumentando a produtividade.
Biotecnologia Vermelha
• Na Biotecnologia Vermelha são abordadas as aplicações relativas à saúde. Os maiores usos são a
produção de medicamentos, testes genéticos e terapia genética.
Os tipos: As cores da Biotecnologia
Biotecnologia Branca
• Já a Biotecnologia Branca diz respeito às aplicações industriais e ambientais.
Os biocatalisadores (enzimas e microrganismos) são as principais ferramentas dessa Biotecnologia,
considerados como um dos fatores tecnológicos fundamentais para a crescente Bioeconomia.
• Os processos metabólicos dos organismos usam principalmente os contaminantes como fontes de
energia, resultando em subprodutos não tóxicos ou menos tóxicos - biorremediação.
• A engenharia genética integrada à biorremediação auxilia na manipulação do genoma bacteriano,
podendo aumentar a desintoxicação de metais tóxicos e a restauração de locais contaminados.
• A Biotecnologia Industrial ou Biotecnologia Branca é a área da Biotecnologia aplicada à prevenção da
poluição, conservação de recursos naturais e processos de biorremediação, utilizando sistemas
biológicos para a remediação e recuperação de áreas degradadas.
Manipulação do genoma bacteriano: Essa técnica pode ser empregada para atacar 
contaminantes específicos no solo e águas subterrâneas.
Os tipos: As cores da Biotecnologia
Biotecnologia Azul
• As aplicações com origem em organismos aquáticos são abordadas pela Biotecnologia Azul,
considerando as necessidades de água do mar, produção e degradação de polímeros marinhos e
conteúdo de plasmídeos e os diversos fatores ecológicos que envolvem o ambiente marinho.
• Microrganismos estão sendo utilizados para o desenvolvimento de agentes bioativos úteis. Nessa
classe, já foram encontrados vários novos antibióticos, antimaláricos, polissacarídeos antitumorais,
enzimas degradadoras de glucana e antibióticos aminoglicosídeos.
Biotecnologia Preta
• A Biotecnologia preta trata de questões relacionadas ao bioterrorismo, guerra biológica e biocrimes,
aspectos negativos da ciência e das ferramentas biológicas.
Nova Era da Biotecnologia
• Estamos em uma Nova Era da Biotecnologia, em que é possível aproveitar os organismos biológicos
para criar materiais de consumo.
• Empresas estudaram como consumimos carne e ovos, entre outros produtos, e fabricaram:
Nova Era da Biotecnologia
• Além disso, empresas de seda de aranha visualizam materiais tão macios quanto a seda, mas
mais duráveis.
• Na próxima década, testemunharemos todas as implicações da Biotecnologia do
Consumidor. Uma série de novas empresas aproveitará o poder da natureza para criar
materiais de maneira ambientalmente sustentável e sem prejudicar os animais.
• Será uma transição da imitação para a pura inovação: materiais e produtos que não são
apenas produzidos de uma nova maneira, mas exibem qualidades que ainda não existem na
natureza.
• É a ciência do uso de organismos vivos para construir e fabricar produtos do cotidiano,
reduzindo as práticas atuais de produção que utilizam de maneira desenfreada os recursos
finitos do nosso planeta.
MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• Embora os microrganismos sejam
causadores de doenças humanas,
animais e plantas, elas tem grande
importância biotecnológica.
MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
Revisando o histórico:
• Muito antes que o homem entendesse a biologia, ele
já lidava com a biotecnologia na produção de vinhos e
pães.
• Fazendo referência ao preparo de bebidas
fermentadas a partir de cereais na Babilônia e no Egito
(8.000 a 6.000 anos a.C), à produção de pão, utilizando
fermentos, no Egito (4.000 a.C) e à produção de vinhos
na Grécia (2.000 a.C).
MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• Os antigos egípcios, no preparo do pão,
mantinham a massa (simples mistura de
farinha e água), aquecida até a formação de
bolhas, indicativo, hoje sabemos, da liberação
de CO2 em consequência da fermentação.
Logicamente, os povos dessa época não
faziam ideia que leveduras e bactérias fossem
utilizadas nesses processos de fermentação.
MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIA
Hoje, a exploração da diversidade genética e metabólicados microrganismos são utilizados na:
• Próbióticos;
• Biotransformação;
• Álcoois (etanol); 
• Ácidos orgânicos (cítrico e fumárico);
• Produção de enzimas de interesse industrial e vacinas;
• Indústria farmacêutica - Antibióticos (estreptomicina, penicilina), antifúngicos, antineoplásicos;
• Prognóstico e prevenção de doenças emergentes em seres humanos, animais e plantas;
• Processo de biodegradação e tratamento biológico de efluentes (esgotos domésticos, lixo, despoluição de água); 
• Produção e processamento de alimentos como os produtos fermentados e bebidas alcoólicas (vinho, cerveja).
Eles também são de grande importância agrícola e ecológica:
• Mantêm o equilíbrio do ambiente;
• Fertilização de solos
• Decompõe restos vegetais;
• Degrada substâncias tóxicas;
• Auxilia plantas a crescerem e se protegerem contra inimigos, como outros microrganismos patogênicos (controle biológico de pragas e doenças);
MICROBIOLOGIA 
E 
BIOTECNOLOGIA
EXEMPLOS DO SEU USO NA BIOTECNOLOGIA:
➢ A penicilina sintetizada a partir de metabólitos do fungo Penicillium notatum,
com potencial de combate a doenças infecciosas por bactérias;
➢ Esteróides e hormônios para crescimento vegetal são oriundos também de
metabólitos, do Penicillium chrysogenum;
➢ Administração de ciclosporina em pessoas submetidas a transplantes, o que
revolucionou a clínica, substância isolada a partir de fungos de solo
(Tolypocladium inflatum e Cylindrocarpon lucidum) na década de 70;
➢ E a cefalosporina, isolada de culturas de Cephalosporium acremonium em 1948
por Brotzu.
MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• Mais recentemente, o resveratrol, uma fitoalexina produzida pela videira em
resposta de defesa ao fungo Botrytis cinerea, tem sido vastamente estudada
pelos seus efeitos benéficos contra doenças cardiovasculares e o tratamento de
algumas neoplasias.
• Outros exemplos de substâncias produzidas a partir de metabólitos de fungos
com atividades farmacológicas: mevinolina um agente redutor de colesterol;
ciclosporinas; ergometrina; asperlicina, um antagonista de doenças
gastrointestinais e do sistema nervoso central; papulacandinas um agente
antifúngico.
• Vacina para uso humano “Recombivax” contra hepatite B, e outras proteínas
terapêuticas heterólogas produzidas por Saccharomyces cerevisiae, como a
insulina, além de ser utilizado tradicionalmente na preparação de alimentos e de
bebidas, assim como na produção de etanol, vitaminas e outros metabólitos.
MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• Leveduras dos gêneros Saccharomyces,
Kluyveromyces e Candida são capazes de fermentar
diferentes açúcares a etanol.
• É de particular importância para o Brasil à produção
de álcool combustível por fermentação da sacarose
do caldo da cana-de-açúcar por S. cerevisiae, tendo
em vista ser o país, juntamente com os Estados
Unidos, os maiores produtores mundiais de etanol
combustível.
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MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• Os cogumelos já eram utilizados desde os tempos remotos com
finalidades medicinais para combater hemorragias, cólicas,
feridas, asma e outros problemas. Algumas tribos indígenas
brasileiras usavam Pycnoporus sanguineus (orelha-de-pau, cor
vermelho intenso) para cicatrização de feridas.
• Pesquisas recentes indicam atributos medicinais de diversas
espécies de cogumelos, como efeitos antivirais, antibacteriano,
antiparasitários, antitumorais, anti-hipertensivos,
antiateroscleróticos, hepatoprotetores, antidiabéticos,
antiinflamatórios e moduladores do sistema imune.
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MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• O fungo Aspergillus niger faz parte do nosso dia-a-
dia de forma agradável, é usado como um dos
ingredientes principais de muitos refrigerantes, o
ácido cítrico. Como é muito caro isolar ácido cítrico
de frutas cítricas, quase todo o ácido cítrico usado
em refrigerantes é produzido em larga escala
através da fermentação de culturas deste fungo.
• Pela capacidade de manipular seres vivos ou parte deles, a biotecnologia torna possível a obtenção de produtos e
processos, como vacinas.
A primeira vacina foi criada em 1796 por Edward Jenner, e combatia a varíola, doença já erradicada no mundo.
• A primeira vacina surgiu a partir dos estudos realizados pelo médico inglês Edward Jenner. Ele observou pessoas que se
contaminaram, ao ordenharem vacas, por uma doença de gado e chegou à conclusão de que essas pessoas tornavam-
se imunes à varíola. A doença, chamada de cowpox (varíola da vaca), assemelhava-se à varíola humana pela formação
de pústulas (lesões com pus).
• Diante dessa observação, em 1796, Jenner inoculou o pus presente em uma lesão de uma ordenhadora chamada Sarah
Nelmes, que possuía a doença (cowpox), em um garoto de oito anos de nome James Phipps. Phipps adquiriu a infecção
de forma leve e, após dez dias, estava curado. Posteriormente, Jenner inoculou em Phipps pus de uma pessoa com
varíola, e o garoto nada sofreu. Surgia aí a primeira vacina.
MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIA
FERMENTAÇÃO!!!
MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIA
Canhos & Manfio, 2001
MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIA
Canhos & Manfio, 2001
MICROBIOLOGIA 
E BIOTECNOLOGIA
MICROBIOLOGIA E 
BIOTECNOLOGIA
• Canhos & Manfio, 2001
MICROBIOLOGIA E BIOTECNOLOGIA
• Entretanto, novos avanços nessa área
demandam tempo, em pesquisas e
planejamento. Assim, o desenvolvimento da
biotecnologia exige:
• Uma forte base acadêmica e científica e um setor
produtivo capaz de transformar esta produção
em bens e serviços contribuindo no ganho ou
potencialização de características desejáveis para
sua utilização.
• IMPORTÂNCIA: A vasta diversidade
microbiológica apresenta grande potencial para
estudos de aplicações biotecnológicas.
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REFERÊNCIAS
• CANHOS, V. P.; MANFIO, G. P. Recursos Microbiológicos para Biotecnologia. Campinas, 2001. 
• CANHOS, V. P.; MANFIO, G. P. Recursos Microbiológicos para Biotecnologia. Campinas, 2010. 
• SILVA, C. J. A.; MALTA, D. J. N. A importância dos fungos na biotecnologia. Ciências biológicas e da saúde. Recife, v. 2, n. 3, 
p. 49-66, Jul 2016.
• BRUNO, A. N. et al. Biotecnologia I: princípios e métodos. Porto Alegre: Artmed, 2014.
• LIMA, N.; MOTA, M (Coord.). Biotecnologia: fundamentos e aplicações. Lisboa: Lidel, 2003.
• LIMA, U. A.; AQUARONE, E.; BORZANI; W. SCHMIDELL, W. Biotecnologia Industrial: Processos Fermentativos e Enzimáticos. 
v. 3. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 2001.