MATERIA BIOTECNOLOGIA

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Biotecnologia e propriedade industrial
Aula 1: Introdução à biotecnologia
Apresentação
Nesta aula, abordaremos a história e os conceitos básicos da Biotecnologia, começando pelas fermentações até a
Biotecnologia Moderna com o advento do DNA recombinante.
Além disso, conheceremos a classi�cação da Biotecnologia por meio das cores relacionando-as com as diferentes áreas
de atuação.
Objetivos
De�nir os conceitos relativos à Biotecnologia;
Descrever os principais feitos históricos;
Diferenciar as áreas de aplicações da Biotecnologia por meio das cores.
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.1
Envolve tecnologias que visam a solução de problemas a �m de trazer melhorias para a vida humana.
Exemplo
Na agricultura, agora é possível projetar geneticamente certas espécies de plantas e, na indústria médica, foram desenvolvidas
tecnologias para identi�car indivíduos vulneráveis a certas doenças.
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0266/aula1.html
Por ser uma área que interliga ciência e tecnologia, a Biotecnologia, envolve biologia, química, microbiologia, genética,
engenharia, tecnologias das fermentações, puri�cações 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.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
 Bill Oxford (Fonte: unsplash).
As três gerações da Biotecnologia
A Biotecnologia evolutivamente foi separada em três gerações.
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 �toterápicos.
 Fonte: Taysta <https://www.taysta.se/wp-
content/uploads/2015/04/%C3%96lhistoria-2.jpg> .
Comentário
A capacidade de domesticar e selecionar seletivamente plantas e animais foi formativa no desenvolvimento humano. Contudo os
agentes causadores das fermentações ainda eram desconhecidos.
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.
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 Louis Pasteur. | Fonte: Contagium <//www.contagium.org/wp-
content/uploads/2017/08/Pasteur-Picture-in-LAb--507x445.jpg> .
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
https://www.taysta.se/wp-content/uploads/2015/04/%C3%96lhistoria-2.jpg
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https://www.contagium.org/wp-content/uploads/2017/08/Pasteur-Picture-in-LAb--507x445.jpg
A Biotecnologia da fermentação diz respeito, portanto, ao uso de
microrganismos, como bactérias ou leveduras, ou componentes
celulares como enzimas, para alterar materiais vivos ou não vivos para
a produção de conhecimento, bens e serviços.
Exemplo
Entre os exemplos de fermentações, temos fermentação alcoólica, láctea, butírica e acética.
Saiba mais
Assista ao vídeo Etanol de Segunda Geração (Etanol 2G) - produção de energia alternativa com apoio do BNDES
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 modi�cação, como era conhecido na época, de
bacteriófagos controlada pelo hospedeiro.
Essas enzimas têm a capacidade de reconhecer sequências
de bases especí�cas no DNA e, em seguida, cortar cada a
dupla hélice de maneira muito precisa, dividindo o DNA em
fragmentos nos locais de reconhecimento especí�cos ou
próximos a eles, dentro da molécula, conhecidos como
locais de restrição. Por isso, são chamadas de tesouras
moleculares.
 Fonte: CiB <https://cib.org.br/wp-content/uploads/2018/11/Enzimas-820x474.jpg> .
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https://cib.org.br/wp-content/uploads/2018/11/Enzimas-820x474.jpg
 Fonte: Labs <//labs.icb.ufmg.br/lbcd/grupoc/restrictionecori.gif > .
Arber descobriu que a bactéria Escherichia coli possuía uma
tesoura capaz de cortar regiões especí�cas do DNA de um
vírus descrevendo a enzima como EcoRI (Escherichia coli
Restriction I).
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Saiba mais
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.
Puri�cação em larga escala de proteínas e macromoléculas.
 O que é DNA recombinante?
 Clique no botão acima.
https://labs.icb.ufmg.br/lbcd/grupoc/restrictionecori.gif
Novas tecnologias e produtos são desenvolvidos todos os anos nas áreas de:
Medicina - desenvolvimento de novos medicamentos e terapias).
Agricultura- desenvolvimento de plantas geneticamente modi�cadas, 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 Modi�cado (OGM), que expressava um gene de um organismo de um
domínio diferente.
A partir disso, vários avanços foram obtidos, como, por exemplo, a produção de insulina humana e o mosquito
transgênico, que foi liberado no Brasil para combater a dengue.
Saiba mais
Assista aos vídeos:
Cortar, colar e clonar! O que é a Engenharia Genética?
Alimentos transgênicos são seguros?
Biotecnologia Moderna
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 modi�cados, terapias
celulares e nanotecnologia.
 Hans Reniers. | Fonte: unsplash
Quando a Biotecnologia Moderna surgiu, no �nal 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.
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As Biotecnologias, então, começaram a enriquecer as capacidades
dos processos microbianos industriais, trazendo novos genes para
catalisadores vivos e modi�cando seus genomas para atender às
necessidades de produção pré-especi�cadas.
A chegada da Biologia de Sistemas no �nal 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 diaminasputrescina e
cadaverina, entre muitos outros desenvolvidos.
Agora, algumas bactérias e leveduras conhecidas pela indústria
podem ser reprogramadas e reaproveitadas geneticamente.
Exemplo
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.
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.
Saiba mais
A Biotecnologia está cada vez mais se reinventando e inovando e chegou até o mundo da moda. Imagine tecidos feitos por
microrganismos vivos! Você usaria uma roupa feita com esses tecidos?
Assista aos vídeos:
Bactérias podem mudar técnica de tingimento na indústria da moda.
Suzanne Lee of BioCouture explains how to make clothes from bacteria
Biotecnologia na moda: tecidos a partir de micro-organismos
 Science in HD. | Fonte: unsplash.
 As cores da Biotecnologia
 Clique no botão acima.
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As cores da Biotecnologia
Você sabia que as cores podem distinguir as diferentes áreas de aplicação da Biotecnologia?
Cada cor corresponde a uma aplicação especí�ca que estudaremos a partir de agora.
Biotecnologia Verde
A Biotecnologia Verde dedica-se às aplicações agrícolas e alimentares, como melhoramento de vegetais, sementes e
plantas geneticamente modi�cadas, colheitas mais resistentes às pragas e substâncias químicas, além de alimentos
transgênicos.
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.
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.
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.
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.
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Saiba mais
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0266/aula1.html
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0266/aula1.html
Veja os seguintes vídeos:
Quais as áreas de atuação da biotecnologia?
Biotecnologia na recuperação de áreas contaminadas
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:
1
Hambúrgueres de diferentes sabores.
2
Hambúrgueres sem carne de boi.
3
Claras de ovos a partir de culturas de células.
Saiba mais
Leias as matérias:
Startup criando carne em laboratório
Startups impulsionam produção de hambúrguer vegetal
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 �nitos do nosso planeta.
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Atividade
1. Os transgênicos são organismos geneticamente modi�cados (OGM) que receberam um gene de outro ser vivo em seu DNA.
Qual foi o primeiro experimento transgênico bem-sucedido?
2. A interferência do homem nos processos da natureza remonta às civilizações antigas, quando agricultores procuravam
melhorar a qualidade de suas plantas e animais. Explique a geração da Biotecnologia a que o texto se refere.
3. A busca incessante por uma vida melhor tem levado o homem a enveredar pelo campo do conhecimento biotecnológico em
decorrência do enorme potencial de transformação nos mais diversos campos da humanidade. Qual a técnica que proporcionou
esses avanços?
4. As sementes transgênicas TG contêm genes tirados de organismos de diferentes espécies com a �nalidade de gerar plantas
com capacidade de resistir a inseticidas. Em relação às sementes TG, qual a cor que classi�caria melhor essa área da
Biotecnologia?
5. A biorremediação consiste no uso de processos biológicos para degradar, transformar ou remover contaminantes em solos
contaminados, que ocorre naturalmente pela ação de microrganismos capazes de utilizar esses contaminantes como fonte de
carbono e energia. Qual Biotecnologia é conhecida como Industrial?
Notas
Base biológica 1
É de�nida como qualquer técnica que utilize sistemas biológicos para produzir ou modi�car produtos, desenvolver
microrganismos para usos especí�cos ou melhorar plantas e animais, impactando diferentes campos da ciência. Como
aplicações de vini�cação e biologia celular envolvendo cultura de tecidos, transgenia e clonagem.
Fermentação 2
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.
Biocatalisadores 3
Os biocatalisadores já estão presentes em setores como as indústrias química e agroalimentar e são usados para fabricar
produtos tão diversos quanto antibióticos, polpa de papel, pão ou polímeros avançados.
Manipulação do genoma bacteriano 4
Essa técnica pode ser empregada para atacar contaminantes especí�cos no solo e águas subterrâneas.
Referências
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.
Próxima aula
Biotecnologia na produção e reprodução animal;
Métodos de cultivo de células animais in vitro e transferência de genes;
Clonagem e transgenia de animais.
Explore mais
Leia o artigo Biotecnologias de Terceira Geração.
Assista aos vídeos:
Técnica do DNA Recombinante
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