Aula 01- Introdução à Biotecnologia Farmacêutica

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PRODUÇÃO DE MEDICAMENTOS E COSMÉTICOS – 2021.1 
• OECD - Organization for Economic Co-
Operation and Development: A aplicação 
dos princípios da ciência e da engenharia 
com o uso de agentes biológicos na 
produção de bens e serviços (1982 – 
surgimento da insulina) 
• De acordo com a ONU, “Biotecnologia 
significa, qualquer aplicação tecnológica 
que utilize sistemas biológicos, organismos 
vivos, ou seus derivados, para fabricar ou 
modificar produtos ou processos para 
utilização específica.” (ONU, Convenção 
de Biodiversidade 1992, Art. 2) 
• EFB - European Federation of 
Biotechnology: Uso integrado da 
bioquímica, da microbiologia e da 
engenharia para conseguir aplicar as 
capacidades de microrganismos, células 
cultivadas animais ou vegetais ou parte dos 
mesmos na indústria, na saúde e nos 
processos relativos ao meio ambiente 
(1988). Biotechnology Industry 
Organization: em sentido amplo, 
Biotecnologia e "bio" + "tecnologia", isto e 
o uso de processos biológicos para resolver 
problemas ou fazer produtos uteis (2003). 
• Sistemas biológicos podem ser 
microorganismos, ou sistemas maiores, 
como animais e plantas. Não 
necessariamente vivo, mas pode ser 
também organismos mortos. Ou as vezes, 
parte de uma proteína ou enzima. 
Na biotecnologia tradicional, fala-se 
principalmente de microrganismos, fermentação, 
crescimento celular, cultivo celular, cultivo de 
bactérias e de fungos para gerar produtos de 
interesse, inclusive, plantas. 
Na biotecnologia moderna são utilizadas modernas 
técnicas de engenharia genética para produção de 
biofármacos. 
Os biofármacos serão principalmente peptídeos e 
proteínas. Uso de tecnologia do DNA 
recombinante (clonagem). Identificação de um 
gene de interesse em saúde, sequenciamento desse 
gene, descobrir qual proteína esse gene sequência, 
copiar e adicionar esse gene em outro organismo 
(proteína heteróloga – espécies diferentes). 
Dentre as disciplinas que constituem as bases da 
Biotecnologia destacam-se aquelas das áreas 
biológicas (principalmente microbiologia e 
biologia molecular), das áreas químicas (química 
orgânica, química analítica e bioquímica) e das 
áreas de engenharia (principalmente engenharia 
bioquímica ou de bioprocessos). 
 
APLICAÇÃO COMERCIAL: 
 
 
 
 
 
 PRODUÇÃO DE MEDICAMENTOS E COSMÉTICOS – 2021.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estimativas apontam a Biotecnologia como 
responsável por aproximadamente 1% do PIB dos 
países da OECD (Organization for Economic Co-
operation and Development), com um potencial 
atual de contribuir para 5,6% do PIB destes países. 
Estima-se que, em 2030, a área de Biotecnologia 
contribua para 80% dos novos medicamentos, 35% 
da produção química, 50% da produção do setor 
primário, num total de 2,7% do PIB dos países 
ligados à OECD, ou seja, em torno de 1 trilhão de 
USD. 
Medicamentos com mais de 20 anos de mercado 
perdem a patente, e isso se torna uma grande 
oportunidade para o Brasil se tornar independente, 
pois a compra desses medicamentos tem um peso 
econômico enorme no SUS. Muitos pacientes 
precisam entrar com um processo de judicialização 
para conseguir medicamentos não padronizados, 
que geralmente são anticorpos (medicamentos de 
biotecnologia). 
A Bio-Manguinhos atua no Brasil na produção de 
produtos biossimilares. O Instituto de Tecnologia 
em Imunobiológicos é uma unidade da Fundação 
Oswaldo Cruz - vinculada ao Ministério da Saúde 
- responsável pelo desenvolvimento tecnológico e 
pela produção de vacinas, reativos para diagnóstico 
e biofármacos. Atualmente, 25% dos fármacos 
aprovados são biofármacos. Entre eles, vacinas, 
anticorpos monoclonais e citocinas. A expectativa 
é que nos próximos anos possa-se difundir o uso 
da: 
- Terapia gênica: Utiliza um vetor, podendo este 
ser viral (primeiro a ser estudado), bacteriano ou 
nano partículas – não virais (apresentam maior 
segurança ao paciente) -, com o intuito de inserir 
um gene no nosso genoma para regular a produção 
de alguma proteína importante que esteja afetada. 
Esse gene ou RNA inserido deve estar bem 
protegido para chegar até o núcleo celular e deve 
ser capaz de ser expresso assim que inserido. 
 
 
MEDICINA 
DIAGNÓSTCO 
✓ Anticorpos 
monoclonais 
✓ Biossensores 
✓ Chips de DNA 
 TERAPÊUTICA 
✓ Biotecnologia clássica - 
Fermentação (Ex: 
aminoácidos, vitaminas, 
antibióticos, antitumorais, 
etc) 
✓ Biotecnologia moderna: 
▪ Terapia de substituição 
(Ex; fator VIII – tratamento 
de hemofilia) 
▪ Terapia gênica 
▪ Terapia de silenciamento 
gênico (SIRNA – 
pareamento de RNA 
mensageiro como 
interferente) 
▪ Imunoterapia (anticorpos 
monoclonais para modular 
linfócitos T) 
 ▪ Terapia antineoplásica 
(Ex: anticorpos 
monoclonais) 
▪ Vacinas 
 PRODUÇÃO DE MEDICAMENTOS E COSMÉTICOS – 2021.1 
- Antisense: No caso de uma proteína que é 
produzida em demasia e se acumula nos tecidos 
causando um efeito tóxico, é necessário cessar a 
produção dessa proteína. Isso pode ser realizado 
silenciando o gene que codifica a produção dela. 
Em laboratório, é produzido um material genético 
complementar chamado de SIRNA (Small 
Interference RNA) – RNA de interferência. É uma 
porção pequena de RNA duplo capaz de ativar um 
complexo enzimático e silenciar um gene. Essa 
porção vai se parear ao RNAm, descartando uma 
de suas fitas, e destruí-lo através de um complexo 
enzimático (RISC). Assim, impede a tradução e 
produção da proteína codificada por aquela porção. 
Essa terapia já é utilizada no tratamento de Atrofia 
Muscular Espinhal (AME) e é considerado o 
tratamento mais caro do mundo, com cada dose 
chegando a custar milhões de reais. 
 
• Célula: utilizada como “fábrica” para 
produzir uma proteína com gene humano. 
- Procarionte: ex. E. coli. É uma célula 
menos evoluída, sem membrana nuclear 
apenas plasmática. Possui, como organelas, 
apenas ribossomos para produção de 
proteínas. Dependendo da bactéria, esta 
pode apresentar uma parede celular rígida, 
atrapalhando o processo de purificação, 
pois a proteína produzida pode ficar 
acumulado na célula como corpos de 
inclusão. Assim, precisa-se de um método 
agressivo (enzimático) para desorganizar a 
célula, desestruturar a parede celular e 
liberar a proteína produzida. Isso vai 
depender se a célula é Gram-positiva ou 
Gram-negativa e da quantidade de 
proteoglicanos. 
- Eucarionte: célula mais evoluída, com presença 
de núcleo e diversas organelas. Algumas delas 
destinadas a respiração celular, diferente dos 
procariontes que não fazem esse processo. Células 
fúngicas como Saccharomyces cerevisiae são 
muito bem reproduzidas em laboratório e na 
indústria. As células vegetais também, porém tem 
que se levar em consideração a presença de uma 
parede celular de celulose bem rígida. Sendo 
necessária a adição de uma celulase para liberar o 
conteúdo celular. 
 
• Fermentação: Do ponto de vista 
bioquímico, na biotecnologia clássica, se 
utiliza a fermentação, como fonte de 
energia (ATP), através de um metabolismo 
anaeróbico da glicose (Processo de 
transformação do piruvato que ocorre na 
ausência de oxigênio). 
• Bactérias anaeróbicas (ex: lactobacilos): 
convertem piruvato a lactato. 
• Leveduras: convertem piruvato em etanol. 
 PRODUÇÃO DE MEDICAMENTOS E COSMÉTICOS – 2021.1 
 
Muitas vezes o termo fermentação é utilizado 
equivocadamente na indústria para se referir ao 
crescimentocelular, pois frequentemente se trata 
de um organismo aeróbico, ou seja, que realiza 
respiração celular e não fermentação, como os 
anaeróbios. 
No metabolismo primário não há modificação 
genética para inserção de um gene humano, apenas 
o fornecimento de condições ideais para que esses 
microrganismos produzam em capacidade 
máxima. A alteração genética pode ser feita apenas 
com o intuito de aumentar a capacidade de 
produção. Porém, não há alteração do tipo de 
produto, isso é inerente ao microrganismo de 
metabolismo primário. 
- Aminoácidos (ácido L-aspártico, ácido L-
glutâmico, Llisina, etc) – mercado de 5 bilhões de 
dólares; 
- Nucleotídeos 
- Vitaminas: ex – vitamina C (suplemento 
vitamínico obtido através da fermentação de 
Gluconobacter oxydans) 
- Ácidos orgânicos: ex. ácido cítrico 
- Álcoois: ex – etanol, glicerol, manitol 
- Polímeros: ex – goma xantana (Xanthomonas 
campestres) 
Metabólitos secundários são compostos orgânicos 
que não estão diretamente envolvidos nos 
processos de crescimento, desenvolvimento e 
reprodução dos organismos, são ativados em 
decorrência de algum evento estressor para defesa 
do organismo. 
Antibióticos são substâncias do metabolismo 
secundário de fungos e bactérias com capacidade 
de impedir o crescimento ou levar à morte outros 
microrganismos, podendo ser sintéticos, 
semissintéticos ou naturais. Ex.: produção da 
Penicilina G a partir do Penicillium chrysogenum. 
Quase todos os produtos da biotecnologia moderna 
são proteínas. Por exemplo: 
- Insulina (humana): atua na regulação da glicose 
sanguínea 
- Lisoenzima (ovo): enzima capaz de degradar o 
peptideoglicano da parede celular de bactérias 
- IL-2 (humana): anticorpo monoclonal 
- Eritropoietina (humana): hormônio que estimula 
a produção de células vermelhas do sangue 
- Proteínas: são polímeros de peptídeos. Esses, são 
formados por diversos aminoácidos ligados através 
de uma ligação peptídica ou amida (ligação rígida 
e planar). 
- Aminoácidos: são formados pela presença de um 
grupamento amino e uma carboxila. 
 
Estrutura primária: sequência de aminoácidos, 
totalmente desenovelada 
Estrutura secundária: Conformação espacial da 
cadeia polipeptídica. 
Principais componentes: α-hélice (AA mais 
hidrofílicos) e β-folha pregueada (AA mais 
hidrofóbicos); Maximização de formação de pontes 
de hidrogênio e minimização de repulsão estérica; 
α-hélice: principalmente alanina, leucina, 
metionina e glutamato; α-hélice: superfície da 
 PRODUÇÃO DE MEDICAMENTOS E COSMÉTICOS – 2021.1 
proteína; β-folha: 5-10 aminoácidos;Paralela ou 
antiparalela. 
Estrutura terciária: Estrutura tridimensional da 
proteína com balanço energético favorável. 
Domínios: regiões altamente enoveladas. 
Domínios podem ter funções específicas na célula. 
Estrutura quaternária: algumas proteínas 
apresentam essa estrutura, mas é menos frequente. 
• Tecnologia do DNA recombinante: 
Isolamento, manipulação e reintrodução de 
genes em uma célula, conferindo a 
habilidade de produzir a proteína codificada 
pelo gene. 
• Gene: responsável por transmitir 
informação genética por meio de RNA 
mensageiro que será traduzida em proteína; 
Maioria dos biofármacos produzidos são proteínas 
produzidas em linhagens celulares recombinantes. 
Ex: insulina em E. coli ou S. cerevisiae e EPO em 
células de ovário de hamster chinês (CHO) 
• Genoma: informação hereditária total 
contida em um organismo. Essa informação 
é armazenada em DNA e este é organizado 
em cromossomos. 
Bactérias contém um único cromossomo circular e 
porções de DNA circulares, extracromossômicos, 
chamados de plasmídeos. É através de plasmídeos 
que se insere o gene recombinante numa bactéria 
como a E. coli. 
Os cromossomos contêm regiões codificadores, 
éxons, e não-codificadoras, íntrons. 
• Splicing: processo de remoção de íntrons 
do RNAm 
 
• Genômica: 
o Estudo do genoma do organismo 
o Sequenciamento do DNA complementar 
o Melhora nas tecnologias de sequenciamento 
o Fornecimento de toda a sequência de 
proteínas do 
organismo 
o Identificação de potenciais novos 
biofármacos 
o Descoberta de potenciais novos alvos 
o Função biológica dos genes? 
• Proteômica: 
o Análise sistemática da expressão da proteína 
e sua 
função 
o Extração proteína tecido 
o Separação: eletroforese 
o Geração da sequência AA 
o Busca de função por homologia estrutural – 
databank. 
 
• Nucleotídeo: formado por um açúcar 
(pentose), um grupo fosfato e uma base 
nitrogenada. A ligação entre a pentose e a 
base nitrogenada é chamada de ligação 
glicosídica. O RNA é formado por 
ribonucleotídeos (possui um grupo -OH no 
carbono 2’ o que confere maior 
instabilidade a molécula, pois facilita o 
processo de hidrólise), enquanto o DNA é 
constituído de desoxirribonucleotídeos. 
Outra diferença, é a presença de Uracila no 
RNA no lugar da Timina. 
• Transcrição: é necessária a presença de 
um promotor (primer), região onde a 
enzima RNApolimerase vai se ligar para 
produzir o RNAmensageiro. 
• Tradução: Este RNAm, vai para o 
citoplasma onde encontra o ribossomo. Lá 
será lido e traduzido (RNAt) para a 
formação de aminoácidos. 
 PRODUÇÃO DE MEDICAMENTOS E COSMÉTICOS – 2021.1 
• cDNA: DNA complementar, sintetizado a 
partir de RNAm (íntrons removidos) 
• Reação em cadeia de polimerase (PCR) - 
Amplificação de cDNA: 
1. Desnaturação: aquecimento para separar 
as fitas 
2. Anelação: primer vai se anelar ao DNA 
3. Elongação: DNA polimerase resistente a 
calor vai elongar a cadeia a partir do primer 
utilizando os nucleotídeos pipetados 
 
 
Integração do cDNA em vetores de clonagem – 
plasmídeos – enzimas de restrição/ligase 
Introdução do vetor na célula hospedeira – 
transformação (solução de CaCl2 a 0°C e aumento 
de temperatura para 42°C) 
Crescimento das células em placas de ágar: O 
plasmídeo pUC18 é regularmente usado para 
clonagem, pois possui o gene de resistência a 
ampicilina, a beta-galactosidase e o gene que 
codifica um fator de controle da transcrição de 
beta-galactosidase. A resistência à ampicilina 
possibilita cultivar a bactéria em um meio 
enriquecido com esse antibiótico para garantir que 
apenas o microrganismo contendo o plasmídeo de 
escolha, está crescendo. Porém, não há como 
garantir que todos os plasmídeos tenham o gene de 
interesse. 
• Screening/identificação das colônias 
contendo rDNA: É possível identificar a 
presença do gene recombinante pela 
ausência de beta-galactosidase, pois esse se 
insere no meio do gene que codifica essa 
enzima. Há um componente formado por 
galactose e corante (XGAL), que só revela 
sua cor se for clivado pela galctosidase. 
Assim, se for apresentar coloração o 
plasmídeo será galactosidase positiva, ou 
seja, não há gene recombinante e, portanto, 
a clonagem não deu certo. 
- Segurança do produto (evita riscos de hepatite e 
HIV) 
- Disponibilidade da fonte 
- Manipulação genética: introdução de vantagem 
- Alternativa à extração de fonte inapropriada: 
o ✓ Urina (hormônios) 
o ✓ FSH (pós-menopausa) 
o ✓ hCG (mulheres grávidas)