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A Biotecnologia e o desenvolvimento da humanidade

Biotecnologia: da fermentação à revolução genética, conheça a importância dessa área do conhecimento no seu dia-a-dia.

A biotecnologia tem sido utilizada pela espécie humana desde a antiguidade. Isso porque, em seu sentido mais amplo, a biotecnologia compreende a aplicação de microrganismos, plantas e animais, para obtenção de processos e produtos de interesse para a sociedade.

Dessa forma, desde que utilizamos microrganismos para fermentar pães, bebidas e outros alimentos, já estávamos realizando biotecnologia.

Com o passar do tempo e avanço da ciência, novas ferramentas tecnológicas foram sendo desenvolvidas e passaram a complementar a biotecnologia que conhecemos hoje.  

O que é biotecnologia?

A biotecnologia é o conjunto de procedimentos envolvendo manipulação de organismos vivos para fabricar ou modificar produtos. A palavra tem origem grega: “bio” significa vida, “tecnos” remete a técnica e “logos” quer dizer “conhecimento”. 

Desde a civilização babilônica a biotecnologia já era utilizada na fabricação de pães e cervejas a partir de microrganismos vivos. Essa estratégia ficou conhecida como biotecnologia clássica.

Ao longo do tempo, fomos transformando a biotecnologia, incorporando novas ferramentas e aplicações.  O avanço nos conhecimentos sobre genética, microbiologia, química, fisiologia, biologia molecular, entre outras, foram decisivos para desenvolvermos o que chamamos hoje de biotecnologia moderna.

Biotecnologia moderna

A transição da biotecnologia clássica para a moderna teve início com as descobertas do monge Gregor Mendel, considerado o pai da genética. O monge cientista, foi o primeiro a demonstrar a recombinação do DNA (1866) durante a reprodução sexuada, por meio de seus experimentos envolvendo o cruzamento de ervilhas. 

Essa descoberta levantou a hipótese de que haveria transferência de características entre os organismos vivos, abrindo o caminho para o desenvolvimento de microrganismos e plantas com características de interesse. 

Diante disso, diversas pesquisas relacionadas aos genes foram intensificadas resultando em grandes marcos  que possibilitaram a biotecnologia moderna. Cabendo destacar: 

  1. A descoberta da estrutura do DNA por Watson e Crick em 1953.  
  2. A identificação das enzimas de restrição, conduzida pelo pesquisador Werner Arber e seus colaboradores na década de 1960.  Reconhecidas como tesouras moleculares, as enzimas de restrição são essenciais na biologia molecular, pois cortam trechos específicos de DNA.  
  3. O desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante em 1972 pelo pesquisador Paul Berg, possibilitando a introdução de características específicas e controladas nos organismos.

Biotecnologia e suas aplicações

Essas descobertas moleculares resultaram numa revolução tecnológica. A partir da tecnologia do DNA recombinante, os cientistas, pela primeira vez, conseguiram manipular o DNA. Com essa técnica, o isolamento e manipulação de genes se tornou uma realidade. 

A manipulação dos genes possibilitou a otimização de microrganismos para a produção de substâncias em maior quantidade e eficiência na área de alimentos. Um exemplo imediatamente aplicado foi o aprimoramento da catalase e quimosina desenvolvidas por microrganismos para fermentação de queijos. 

A mesma estratégia empregada nos microrganismos passou a ser utilizada no desenvolvimento de plantas com características melhoradas. Como é o caso de algumas plantas de soja que possuem um óleo de composição semelhante ao azeite de oliva, ou seja, a partir dessa soja passamos a produzir óleo mais saudável.

De fato, diferentes setores da sociedade se beneficiaram e desenvolveram estratégias viáveis e seguras para o desenvolvimento de Organismos Geneticamente Modificados (OGM) voltados a atenderem demandas dos consumidores e de uma produção sustentável de alimentos, fibras e energia. 

Biotecnologia na agricultura

A biotecnologia acelerou o melhoramento genético de importantes culturas utilizadas na agricultura.

Dessa forma, a contribuição da biotecnologia para a agricultura ocorre, principalmente, por meio da adoção de plantas que recebem, perdem ou tem genes modificados usando técnicas moleculares muito precisas. Graças à biotecnologia o melhoramento genético pode ocorrer sem a necessidade de transmissão de características apenas entre plantas da mesma espécie.

Presentes nas lavouras do mundo há mais de 20 anos, as plantas GM aumentaram a produção no campo. Isso porque a maioria das modificações feitas até hoje torna as plantas resistentes a determinadas pragas e/ou tolerantes a herbicidas. Dessa maneira, em diversos casos, a utilização de plantas OGMs otimizaram o uso de defensivos agrícolas.

Desde 1998 o Brasil adota transgênicos na agricultura. Soja, milho, algodão e, mais recentemente, eucalipto e cana-de-açúcar são as culturas transgênicas plantadas no País.

Além de plantas resistentes a insetos e tolerantes a herbicidas, o uso da biotecnologia também pode levar ao desenvolvimento de variedades mais resistentes a doenças, alimentos de maior valor nutritivo, cultivares adaptadas a fazendas urbanas e plantas mais adaptadas às adversidades climáticas, como a seca.

SAIBA MAIS

Link para texto dos transgênicos

Link para texto dos alimentos transgênicos

A combinação da biotecnologia com a agricultura será fundamental para que o Brasil cumpra o compromisso de reduzir em 43% a emissão de gases de efeito estufa até 2030, conforme foi assumido na Conferência das Nações Unidas de 2015.

Biotecnologia na saúde

As técnicas de manipulação do DNA também contribuíram para que houvesse avanços na medicina. Diversas vacinas foram desenvolvidas por meio de técnicas da biotecnologia moderna. Inclusive, uma de suas primeiras aplicações se deu na área da saúde. 

Ainda em 1982, a insulina passou a ser produzida por microrganismos transgênicos e disponibilizada para a sociedade. Além disso, medicamentos produzidos a partir de anticorpos monoclonais (feitos por meio da clonagem de um único linfócito), hormônios e vacinas (pela recombinação do DNA ou RNA dos agentes causadores de doenças) são exemplos de como a biotecnologia continua contribuindo na saúde.

Ainda com impacto direto na saúde, insetos vetores de doenças estão sendo geneticamente modificados (GM). Um exemplo dessa estratégia tem sido aplicado no controle da dengue, onde o Aedes aegypti GM carrega um gene que, quando transmitido à prole, não deixa que ela se desenvolva. 

Biotecnologia industrial

A biotecnologia industrial utiliza microrganismos GM para produzir inúmeros produtos. Conhecidos como fábricas celulares, esses OGMs são desenvolvidos para alcançarem alto rendimento e tolerância a condições industriais adversas.

A partir deles, muitos produtos alimentícios, químicos, combustíveis, enzimas, antibióticos, materiais (como tecidos) e produtos para a saúde, podem ser desenvolvidos.

O uso da biotecnologia industrial na substituição dos processos tradicionais confere a essas empresas um caráter de produção mais eficiente e sustentável.

Como é o caso de microrganismos GM que podem ser utilizados na transformação da biomassa vegetal em combustível. Essa tecnologia substitui o uso de fontes fósseis de energia, derivadas do petróleo, não renováveis e altamente poluentes.

Enzimas derivadas de  bactérias GM são utilizadas na produção de sabão em pó, auxiliando na eficiência do produto a determinadas condições dos processos de lavagem e obtenção de efeitos específicos como o “desbotado” de roupas jeans. 

Na indústria de alimentos, além das plantas transgênicas e de seus derivados (como óleos, proteínas, amidos), outros ingredientes e aditivos são produzidos a partir da fermentação realizada por microrganismos GM. 

Cabendo citar: 

  • Vitaminas: B12, B2 e C;
  • Aromas: baunilha, diacetil e citronelol;
  • Enzimas: proteases, amilases e lipases;
  • Aminoácidos: glutamato, treonina e lisina;
  • Ácidos orgânicos: lático, cítrico e acético;
  • Gomas: gelana, xantana e dextrana;
  • Antimicrobianos: nisina.

A biotecnologia e a biossegurança

Sabemos que a biossegurança se relaciona ao controle e à minimização de riscos que possam surgir da exposição, manipulação e uso de organismos vivos (geneticamente modificados ou não). Tais controles são aplicados em escolas médicas e laboratórios experimentais desde o século XIX. 

No entanto, o conceito de biossegurança foi proposto, apenas em 1975, na Conferência de Asilomar na Califórnia, EUA. Ocasião em que a comunidade científica começou a discutir sobre os riscos de manipulação de genes. 

Os pesquisadores, preocupados com as possíveis consequências de seu trabalho em relação às novas técnicas moleculares, levantaram diretrizes preliminares para a contenção física e biológica dos experimentos com OGM. Tais princípios serviram como base para o estabelecimento de protocolos e normas em biotecnologia moderna em nível internacional.

Posteriormente, na Conferência das Nações Unidas sobre Ambiente e Desenvolvimento, celebrada no Rio de Janeiro em 1992, foi criado na Convenção sobre Diversidade Biológica (CDB) o compromisso de formular um protocolo. Esse protocolo procurava assegurar um nível adequado de proteção do meio ambiente e da saúde humana em relação ao uso de OGM e da biotecnologia moderna. Os resultados desse compromisso resultaram na elaboração do Protocolo de Cartagena, assinado em 15 de maio de 2000.

SAIBA MAIS

Link para texto de regulamentação da biotecnologia

Biossegurança no Brasil

O Brasil conta com uma legislação de biossegurança desde 1995, com a entrada em vigor da Lei 8.974/95, que estabeleceu normas de biossegurança para regular a manipulação e o uso de OGM no país. Dez anos depois, essa lei foi revisada e resultou na Lei de Biossegurança 11.105/05, que atualizou os termos da regulação de OGM no Brasil, incluindo pesquisa em contenção, experimentação em campo, transporte, importação, produção, armazenamento e comercialização.

A Lei de Biossegurança (11.105/05) estabelece normas de segurança e mecanismos de fiscalização de atividades que envolvam organismos geneticamente modificados e seus derivados. Essa legislação exige que qualquer OGM passe por uma criteriosa avaliação feita pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), órgão cuja existência e legitimidade são previstos na Lei.

Perspectivas de avanços da biotecnologia

A biotecnologia tem sido utilizada desde o início da civilização e continua em constante desenvolvimento, atendendo às diferentes demandas.

O conhecimento adquirido na segunda metade do século XX resultou nas entregas de produtos biotecnológicos usados no nosso dia a dia.  

Com a biotecnologia industrial será possível cada vez mais intensificar a produção de forma sustentável. A fabricação de combustíveis renováveis a partir de resíduos agrícolas (bagaço de cana, sementes, entre outros) é um exemplo de como podemos reduzir a exploração de recursos naturais. 

A biotecnologia na saúde tem acelerado o diagnóstico e tratamento de doenças. Além dos produtos disponíveis, a biologia sintética abrirá um novo mundo no entendimento de diferentes vírus e produção de vacinas. Com os avanços na tecnologia CRISPR, estão sendo avaliadas terapias celulares para o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV).

Na agricultura, a biotecnologia tornou-se indispensável. Afinal, é com ela que poderemos atender à demanda crescente por alimentos, sem perder o olhar de sustentabilidade. Mas, ainda veremos muito mais. A nanotecnologia e a biologia sintética têm o grande potencial de instaurar uma nova transformação na biotecnologia agrícola.  Apenas para citar uma possibilidade imediata, com elas, poderemos aumentar o direcionamento e precisão de tudo que fazemos no campo. 

Fonte

Mozafari, M., Tariverdian TBeynaghi A. Trends in Biotechnology at the Turn of the Millennium. Recent Patents on Biotechnology, 14(1):78-82, 2020.