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A biodiversidade como você nunca viu

Biodiversidade e biotecnologia são áreas bastante divulgadas no cenário atual e estão mais conectadas entre si do que você imagina. Afinal, a biodiversidade é resultado do que está escrito no material genético dos organismos vivos – o DNA.

A biodiversidade está bem próxima a você

A biodiversidade ou diversidade biológica engloba milhões de espécies de plantas, animais, microrganismos e o ecossistema em que estão inseridos. 

A partir desses organismos é possível desenvolver uma infinidade de insumos essenciais para a humanidade.  Fonte de alimentos, medicamentos e energia como os combustíveis. Além disso, a biodiversidade é fundamental na preservação da água, do ar e do solo, na adaptação às mudanças climáticas e para evitar que desastres ambientais sejam ainda mais impactantes. Ou seja, contribui de diversas formas pela manutenção da saúde e bem-estar. 

Quando falamos em biotecnologia estamos nos referindo a qualquer aplicação tecnológica que use sistemas biológicos, organismos vivos ou seus derivados para fazer ou modificar produtos ou processos para uso determinado. Qualquer material de origem vegetal, animal, microbiana ou outra, contendo unidades funcionais de hereditariedade é tido como material genético. Todo material genético de valor real ou potencial é reconhecido como recurso genético.

O conhecimento científico sobre as informações biológicas que fazem parte da biodiversidade, tem sido traduzido em grandes benefícios humanitários.

Biodiversidade e nutrição

A disponibilidade de uma grande variedade de alimentos vai muito além dos sabores, aromas e prazeres. Diferentes alimentos possuem distintos nutrientes e a diversidade alimentar favorece a absorção de carboidratos, proteínas, vitaminas e minerais. 

A fonte desses nutrientes representa os recursos genéticos de cada espécie presente no meio ambiente. Assim, para que a segurança alimentar seja alcançada precisamos de métodos científicos inovadores, eficientes em conectar a saúde humana e animal com a preservação ambiental.

Biodiversidade e microrganismos

A diversidade biológica dos microrganismos ocupa papel de destaque na produção de alimentos, medicamentos, combustíveis e também está diretamente ligada ao nossos corpo. Esses organismos microscópicos fazem parte do nosso intestino, pele, trato respiratório e urino genital, contribuindo para nossa nutrição e regulando o sistema imunológico.

Apesar de, na maioria das vezes, serem lembrados como fatores de patogenicidade, as doenças causadas por microrganismos são a exceção. E isso vale tanto para plantas quanto para animais. 

Para se ter uma ideia, a microbiota intestinal contém, pelo menos, 100 vezes mais genes do que o genoma humano. O metabolismo dos microrganismos desempenha papel fundamental na fisiologia do organismo humano. 

Os microrganismos são naturalmente os seres vivos que mais realizam transferência horizontal de genes, ou seja, troca de material genético com outros organismos como plantas e animais. Por exemplo, o consumo de algas marinhas pelos japoneses resultou na transferência de genes para a microbiota intestinal, permitindo a absorção de novos carboidratos associados a algas. 

A biotecnologia fornece ferramentas para “domesticar” microrganismos evitando infecções e tratando patologias. Estratégia que tem sido muito utilizada, por exemplo, na produção de vacinas.

Assim, fica evidenciada a importância da biodiversidade microbiológica como fonte de inovações genéticas.

A biodiversidade e a descoberta de medicamentos

A identificação e uso de plantas medicinais tem um enorme potencial nas inovações na área da saúde.

Aplicando ferramentas e métodos científicos ao estudo de espécies vegetais, animais e microrganismos foi possível desenvolver medicamentos ou para evitar doenças que afligiam a humanidade nos séculos passados. Pelo menos 75% dos antibacterianos, antivirais e antiparasitários aprovados nos Estados Unidos entre 1981 e 2010 são originários da natureza.

Além disso, moléculas utilizadas para controlar a dor, reduzir o colesterol e até mesmo tratar o câncer de mama, ovário e outros, foram, primeiramente, extraídas de organismos vivos. Um dos principais fatores que viabilizaram a sua síntese em escala produtiva foi a compatibilidade do material genético de diferentes seres vivos. 

Podemos inserir sequências gênicas de plantas, células humanas e animais em microrganismos e, produzirmos moléculas de interesse, graças ao fato de que compartilhamos bases moleculares no material genético – as bases nitrogenadas

Código genético

Com base nessa similaridade genética, a biodiversidade pode continuar sendo a principal fonte para a prospecção de medicamentos e outros produtos. Afinal, a diversidade potencial de moléculas justifica a busca e as ferramentas de biotecnologia asseguram a preservação da biodiversidade

Diante das inúmeras possibilidades reservadas no metabolismo dos seres vivos e das diversas espécies ainda não identificadas, a conservação da biodiversidade por meio do manejo sustentável desses recursos genéticos e da ampliação dos bancos de germoplasma, é crucial. 

A biodiversidade deve ser usada de forma segura

Além de medicamentos, a biodiversidade é grande responsável pela produção de cosméticos, aromas, shampoos, perfumes e suplementos nutricionais. Cerca de 60 000 espécies são globalmente utilizadas para produção anual de mais de 500 000 toneladas desses produtos. Novamente, a biotecnologia permite que esses produtos sejam desenvolvidos tendo a biodiversidade apenas como inspiração.

Enquanto isso, a produção de alimentos, fibras e biocombustíveis está concentrada no cultivo de cerca de 300 espécies de plantas. Sendo que, plantas como arroz, trigo, milho, soja, beterraba, feijão, amendoim, batata, mandioca, coco e banana representam grande parte da alimentação do mundo.

No entanto, o cultivo excessivo e prioritário de algumas espécies vegetais e animais podem colocar em perigo todo um ecossistema, diminuindo a diversidade biológica de uma região e perdendo importantes recursos genéticos “silvestres” usados ​​para fins alimentares e medicinais.

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Biodiversidade protegida

Para evitar danos à biodiversidade, modelos matemáticos foram criados e são utilizados para gerenciar riscos futuros e proteger a diversidade biológica.  Afinal, é necessário aumentar a produtividade agropecuária contendo a expansão para novas terras, diminuindo emissões de gases de efeito estufa e o desperdício.

O aumento de produtividade alcançado nas últimas décadas é decorrente de muita ciência para melhoria da agropecuária. O melhoramento genético e a preservação de diferentes variedades de culturas, raças de animais e populações de microrganismos tem assegurado uma enorme fonte de conhecimento para o desenvolvimento de novos produtos alimentares, medicinais, fibras e energia.

Veja no gráfico abaixo como a adoção de tecnologias modernas foi responsável por aumenta a produtividade.

Produção de grãos versus área cultivada no Brasil

Aumentar a produtividade agrícola e conter a sua expansão, além de evitar perda de biodiversidade também impede emissões excessivas de gases de efeito estufa.

As estimativas para necessidade de expansão das áreas agricultáveis eram de cerca de 1 bilhão de hectares, em 40 anos – até 2050. No entanto, a pesquisa, desenvolvimento e adoção de tecnologias está permitindo uma expansão moderada focada em áreas cultiváveis existentes. Com isso, a expectativa é de que a necessidade de expansão seja reduzida para cerca de 0,2 bilhões de ha. 

O aumento de produtividade é reflexo da adoção de tecnologias modernas, entre elas o desenvolvimento de Organismos Geneticamente Modificados como as plantas transgênicas. Tecnologia agrícola que foi rapidamente adotada pelos agricultores do mundo inteiro – crescimento de 112 vezes em um período de 23 anos. No Brasil, quase a totalidade do cultivo de soja, milho e algodão é realizado com plantas geneticamente modificadas.

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Para que a diversidade biológica persista no planeta é importante utilizá-la sempre com o apoio da pesquisa e dados científicos.

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A biotecnologia ainda pode beneficiar a biodiversidade de diferentes formas: via desenvolvimento de tecnologias de preservação, de restauração de terras degradadas, de redução da poluição e de produtos para reduzir perdas de pós-colheita.

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As técnicas de sequenciamento de genomas, onde é possível descobrir a ordem em que as letras do DNA (bases nitrogenadas) estão organizadas e a identificação de genes, são importantes para a descoberta de novos antibióticos, de resistência a pragas ou tolerância a temperaturas extremas.

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Cerca de 15 mil espécies já tiveram seu genoma completo ou parcialmente sequenciados, sendo a maioria representados por microrganismos. Toda essa informação é armazenada em bancos genéticos que são, em sua maioria, públicos e de livre acesso. 

Nesses bancos, são colocadas informações de todos os organismos sequenciados. Além de informações sobre os genes, suas funções, como estão formadas as proteínas e ainda as diferentes alterações que podem ocorrer em organismos mutantes. Guardam as repostas para muitas das questões referentes a mudanças climáticas e outros desafios que a humanidade deve enfrentar nos próximos anos.

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Marcadores moleculares, identificando a origem da diversidade entre os seres vivos.

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Sequenciamento genético

Quanto mais conhecemos sobre o material genético das espécies, mais a biotecnologia poderá contribuir. Nessa direção, a biologia sintética tem entusiasmado a comunidade científica com a perspectiva de recuperação ou de constituição de novos recursos genéticos.

A biologia sintética vem sendo desenvolvida desde 2003, nela pesquisadores utilizam ferramentas biotecnológicas para transformarem microrganismos naturais em sintéticos, maximizando rotas metabólicas. Ou seja, transformando-os em fábricas vivas ainda mais eficientes.

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Os pesquisadores projetam o DNA em computador, que é sintetizado artificialmente e então transferido para dentro de um microrganismo onde irá substituir o DNA natural do organismo. O DNA artificial funciona da mesma forma que o DNA natural.

O primeiro grande marco da biologia sintética foi a substituição do genoma natural da bactéria Mycoplasma mycoides (1.080.000 letras), em 2010, por um genoma artificial de mesmo tamanho. 

Os microrganismos sintéticos ainda estão sendo desenvolvidos principalmente para elucidar como o código genético funciona e a importância de cada molécula. Em um futuro próximo essa tecnologia poderá auxiliar na recuperação de recursos genéticos perdidos e também na produção de novos tipos de fármacos e defensivos.

Dessa forma, a biotecnologia avança com inovações para o uso sustentável da biodiversidade e beneficiando a saúde animal e vegetal.

 

Principais fontes:

FAO. The State of the World’s Biodiversity for Food and Agriculture. Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture Assessments, 2019.

Keiper, F. and Atanassova, A. Regulation of Synthetic Biology: Developments Under the Convention on Biological Diversity and Its Protocols. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2020.

Lewin, H. A. et al. Earth BioGenome Project: Sequencing life for the future of life.  Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018.

World Health Organization. Connecting global priorities: biodiversity and human health: a state of knowledge review. Disponível em: https://www.who.int/. Acesso em: 01/02/2021.

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