1 BIOTECNOLOGIA: CLONAGEM, TRANSGÊNICOS E BIOPROSPECÇÃO Autores: Gessiel Newton Scheidt, Andréa Haruko Arakaki, Micheli Rigon Spier e Augustus Caeser Franke Portella Sumário I. Apresentação II. Introdução III. Grandes áreas da biotecnologia IV. Nanociência e nanotecnologia V. Clonagem VI. Transgênicos VII. Bioprospecção VIII. As questões éticas em biotecnologia IX. Conclusões X. Referências
26
Embed
BIOTECNOLOGIA: CLONAGEM, TRANSGÊNICOS E …nead.uesc.br/arquivos/Biologia/modulo_8-bloco_1/uni_biotecnologia... · É com grande satisfação que estamos oferecendo-lhe esta unidade
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
BIOTECNOLOGIA: CLONAGEM, TRANSGÊNICOS E BIOPROSPECÇÃO
Autores: Gessiel Newton Scheidt, Andréa Haruko Arakaki, Micheli Rigon Spier e
Augustus Caeser Franke Portella
Sumário
I. Apresentação
II. Introdução
III. Grandes áreas da biotecnologia
IV. Nanociência e nanotecnologia
V. Clonagem
VI. Transgênicos
VII. Bioprospecção
VIII. As questões éticas em biotecnologia
IX. Conclusões
X. Referências
2
I. Apresentação É com grande satisfação que estamos oferecendo-lhe esta unidade que trata os
diferentes assuntos da biotecnologia, com ênfase na clonagem, transgênicos e
bioprospecção.
Atualmente, a biotecnologia tange as diretrizes essenciais ao pensamento
científico e ao mundo globalizado. Por quê? O que isso realmente importa? Um
mercado forte, competitivo, muitas vezes permite que se tenham o
desenvolvimento dos mais diversos bioprocessos, sejam eles direcionados
principalmente à qualidade de vida humana ou animal. Contudo, o foco pode
ser repassado aos interesses locais ou até mesmo mundiais, dependendo
obviamente, a quem ou ao quê será estendido ou não, o futuro.
A biotecnologia e/ou a nanotecnologia possui infinitas relações com a indústria
e a sociedade, podendo ser utilizada em diversos segmentos e trazer muitos
benefícios. No entanto, sabemos que as mudanças não são rápidas e que muitos
princípios científicos não são facilmente aceitos pela população. Por esse motivo é
importante entender o que realmente pode ser considerado um avanço biotecnológico
capaz de beneficiar a sociedade como um todo.
Espero que esta unidade seja um processo extremamente agradável de
aprendizagem, e que você compreenda os conceitos básicos e a importância dos
conhecimentos biotecnológicos nos mais variados setores da atividade humana.
Objetivos
Ao final dos estudos desta unidade, você será capaz de:
Reconhecer os avanços técnico-científicas que resultaram nas diversas áreas
das biotecnologias;
Identificar os impactos desses avanços da biotecnologia no setor produtivo;
Reconhecer como o uso dessas tecnologias pode implicar em dilemas éticos
para a sociedade.
Contudo, a proposta deste módulo é de revisar os fundamentos das diversas
áreas da biotecnologia e de mostrar como estes conhecimentos podem ser aplicados
em setores produtivos da sociedade.
II. Introdução O uso da biotecnologia teve o seu início com os processos fermentativos, cuja
utilização transcende, de muito, o início da era Cristã, confundindo-se com a própria
história da humanidade, quando esta se tornou sedentária. Um exemplo simples pode
ser observado na obtenção e manutenção dos alimentos ou quando o homem
aprendeu a domesticar animais e a desenvolver a agricultura, deixando assim de
depender por completo da caça ou da coleta (Tabela 1).
Tabela 1: Mostra os principais marcos históricos no avanço científico e tecnológico da Biotecnologia.
Período Acontecimento
3
6.000 a.
C.
Bebidas alcoólicas (cerveja e vinho) são produzidas por sumérios
e babilônios
2.000
a.C.
Panificação e bebidas fermentadas são utilizadas por egípcios e
gregos
1875 d.
C.
Pasteur mostra que a fermentação é causada por microrganismos
1880-
1910
Surgimento da fermentação industrial (ácido láctico, etanol,
vinagre)
1922 Sementes híbridas de milho começam a ser comercializadas.
1910-
1940
Síntese de glicerol, acetona e ácido cítrico
1940-
1950
Antibióticos são produzidos em larga escala por processos
fermentativos
1953 Estabelecida a estrutura do DNA (Wilson e Crick revelam a
estrutura do DNA)
1073 Início da engenharia genética (Cohen e Boyer transferem um gene
de um organismo para outro)
1982 Insulina humana é produzida por engenharia genética
1994 O primeiro alimento geneticamente modificado, o tomate Flavr
Savr, chega aos
supermercados dos EUA
2000 O arroz geneticamente modificado é criado
2003 O Projeto Genoma, que identificou o mapa genético humano, é
concluído
Fonte: www.bioinfo.ufpb.br/difusao.
A Biotecnologia, ou os processos biotecnológicos, podem ser definidos como:
“A nova bio-tecnologia”, a utilização de células e moléculas biológicas para a solução
de problemas ou produção de produtos ou processos úteis, com potencial industrial
em diversas áreas do conhecimento (Kreuzer e Massey, 2002). De acordo com
Malajovich (2004), dentre as tecnologias desenvolvidas até o momento, a biotecnologia
é, de longe, a que apresenta maior compatibilidade com a sustentabilidade da vida
neste planeta.
O seu impacto atinge vários setores produtivos, oferecendo novas
oportunidades de emprego e renda. Dentre os inúmeros exemplos, tais como, plantas
resistentes a doenças, plásticos biodegradáveis, detergentes mais eficientes,
biocombustíveis, processos industriais e agrícolas menos poluentes, métodos de
biorremediação do meio ambiente e centenas de testes diagnósticos e novos
medicamentos (Figura 1).
Figura 1: Adaptada do livro BIOtecnologia (Fonte: Malajovich, 2004).
Conhecimentos
BIOTECNOLOGIA
Agentes Biológicos
Produtos e Processos Resolver Problemas
4
As biotecnologias em seu sentido mais amplo compreendem a manipulação de
microrganismos, plantas e animais, objetivando a obtenção de processos e produtos
de interesse. É importante destacar que a biotecnologia tem um enfoque
multidisciplinar, já que envolvem diferentes áreas do conhecimento que incluem a
Genômica, Embriologia etc. e, a ciência aplicada Técnicas imunológicas, Químicas e
Bioquímicas e outras tecnologias que incluem a matemática básica e aplicada
Informática, Ciências da computação, Robótica e Controle de processos (Figura 2).
Figura 2: Representação esquemática da interação da biotecnologia com outros ramos do conhecimento. Livro Biotecnologia Industrial, V. I. (Fonte: Borzani et al., 2001).
As novas técnicas de engenharia genética estão promovendo uma reavaliação
de quase todos os processos industriais que empregam técnicas ou produtos
biológicos. Segue abaixo os principais produtos e serviços de origens biotecnológicas
O conhecimento do comportamento dos genes nas populações é de importância
capital para compreender os mecanismos da evolução e para solucionar numerosos
problemas práticos.
Brasil (2000), descreve que no âmbito das tecnologias da clonagem, a
engenharia genética, área da ciência que tem se desenvolvido rapidamente nos
últimos anos, tem sido um dos assuntos científicos mais comentados pela mídia em
todo o mundo em função de suas importantes aplicações em situações concretas em
diversos campos como medicina, química industrial, agricultura, etc.
Conseqüentemente, aspectos relacionados com engenharia genética passaram a fazer
parte da maioria dos currículos propostos para o ensino de ciências (Figura 4).
Cultivo in vitro de embriões
Figura 4: Métodos de clonagem in vitro de célula animal. (1) Embrião. (2) Embrião no estágio de blastocisto. (3) Blastômero isolado. (4) Células de fibroblasto de rato para alimentar a colônia. (5) As células são separadas e vão para outro recipiente. (6) Cultura estável de células-tronco. (Fonte: http://4.bp.blogspot.com/_FK5QjE4gwZc/Sb19ROF0CcI/AAAAAAAABNE/GjFFTd5UuwI/s1600-h/cultivo%252520de%252520c%2525C3%2525A9lulas%252520tronco.jpg, 2009.)
Vale lembrar que é um método artificial, pois, como sabemos, na natureza, os
seres vivos se reproduzem através de células sexuais e não por células somáticas. As
exceções deste tipo de reprodução são os vírus, as bactérias e diversos seres
unicelulares.
Clonagem de plantas
A reprodução de plantas realiza-se por dois processos: a reprodução sexuada e
a reprodução assexuada (multiplicação vegetativa). A reprodução sexuada
caracteriza-se pela fecundação, a qual dá origem à formação de indivíduos diferentes
dos seus progenitores. A reprodução assexuada permite a propagação de indivíduos
idênticos à planta-mãe, tendo como conseqüência a formação de clones.
As células vegetais possuem a capacidade de entrar em divisão e dar origem,
por via assexuada a uma planta idêntica à planta donde provêm, ou seja, um clone
dessa planta. Devido a esta capacidade denominada totipotência celular que a cultura
in vitro de plantas deve todo o seu desenvolvimento (Figura 5).
Cultivo in vitro de plantas
Figura 5: Métodos de micropropagação in vitro. (Adaptado de George, 1996). (1) Matriz (Planta mãe). (2) Cultivo in vitro. (3) Metabólitos secundários. (4) Clones. (5) Híbridos.
A micropropagação ou a propagação vegetativa in vitro consiste no cultivo de
órgãos, tecidos ou células vegetais em uma solução nutritiva apropriada e asséptica.
Baseia-se no fato de qualquer célula é um organismo vegetal totipotente, isto é,
encerra em seu núcleo todas as informações genéticas necessárias à regeneração de
uma planta completa, apta a dar origem a uma nova planta (Silva et al., 2007).
Segundo Teixeira (2002), as células quando colocadas em tubo de ensaio, frascos
ou biorreatores desenvolvem-se com rapidez, possibilitando a conservação do
patrimônio genético das plantas ameaçadas em extinção, formando milhões de outras
células ou milhões de outras plantas (Figura 6 A e B).
Cultivo in vitro (Tubo e Frasco)
1
2
3
4
5
12
Figura 6: Cultivo in vitro de plantas. (A) Planta completa de Dyckia maritima. (B) Cotilédone de porongo com organogênese direta. (Fonte: Laboratório de Biotecnologia Vegetal - Pós-Graduação em Processos Biotecnologicos - Universidade Federal do Paraná, 2009.)
Scheidt (2008) descreve que a possibilidade de obter em laboratório produtos
e/ou mudas, em condições controladas e reprodutíveis, independentemente da
sazonalidade dos ciclos agrícolas, torna a micropropagação a melhor alternativa para
se conseguir material vegetal de qualidade, fixação de ganhos genéticos e
fitossanitária garantida. Contudo, deve-se mencionar que as culturas de células in
vitro representam um importante recurso para a obtenção de produtos vegetais de
valor elevado, desde que a viabilidade econômica do processo seja comprovada.
Portanto, a utilização da tecnologia de culturas de células vegetais aparece como uma
alternativa eficaz na produção de mudas, particularmente, em espécies raras ou as que
estão em processo de extinção.
Segundo Silva (2006), a micropropagação de plantas, apresenta alto custo de
produção, o que torna as mudas produzidas nestes sistemas caras e de difícil
aquisição pelos produtores rurais. Estes custos de produção são devidos à mão-de-
obra, que chega a 40% ou 60% dos custos de produção. Portanto, novo enfoque dos
processos biotecnológicos tornou-se necessário, principalmente com vistas à redução
de custos na produção de mudas (Scheidt et al., 2009). No tocante ao cultivo in vitro,
sistema de automação para a propagação clonal pode ser uma alternativa interessante,
então, vislumbrou-se a possibilidade da micropropagação com os biorreatores (Figura
7).
A
B
13
Cultivo in vitro (Biorreatores)
Figura 7: Desenho esquemático dos biorreatores de imersão. Fig. A (R.I.T.A.®): (1) Entrada de ar. (2): Saída de ar. (3) Tampa. (4) Suporte para o cultivo. (5) Base Interna. (6) Frasco. (Fonte: Teisson e Alvard (1994)) Fig. B (B.I.B.®): (1) Saída de ar. (2) Kit Fixação. (3) Estágios. (4) Placa porosa. (5) Base. (6) Entrada de ar. (Fonte: Soccol et al. (2008)).
Clonagem de animais
As pesquisas de clonagem de animais, plantas e até genes, tecidos e células
humanas (excetuando os embriões) podem ser benéficas e não representam nenhum
problema moral intrínseco. No entanto, quando as pesquisas voltam a atenção para
seres humanos, precisamos nos assegurar de que a dignidade humana não seja
minada na busca do progresso humano (Albagli, 1998; Bordingnon, 2003) .
Para se realizar a clonagem (em animais e/ou humanos) são conhecidas hoje
duas técnicas: a divisão embrionária e a transferência nuclear.
Na divisão embrionária, separam-se as células de um embrião em seu estágio
inicial de multiplicação celular, produzindo simultaneamente novos indivíduos
geneticamente idênticos, porém diferentes de qualquer outro existente. Isso ocorre na
natureza, durante a geração de gêmeos univitelinos. Na transferência nuclear são
usadas informações (genoma) de algum ser vivo para a produção de outro idêntico a
ele. Essa técnica foi utilizada para se criar a ovelha Dolly (Figura 8).
A B
1 2 3
4
5
6
1
2
3
4
5 6
14
Clonagem
Figura 8: Clonagem de ovelhas. (1) Ovelha de cara preta. (2) Ovelha de cara branca. (3) Ovo doador. (4) Célula. (5) Núcleo removido. (6) Fusão da célula e ovo sem núcleo com eletricidade. (7) Ovo fundido com célula. (8) Embrão. (9) Embrião implantado. (10). Ovelha de cara branca com carneiro de cara branca (Clone). (Fonte: http://www.universitario.com.br/noticias/noticias_noticia.php?id_noticia=5316, 2009).
A técnica de transferência nuclear permite a produção de animais contendo
genomas idênticos. Para tal, o material genético nuclear de uma célula do animal que
se deseja clonar é introduzido em um oócito previamente enucleado, chamado de
citoplasto. Esse conjunto célula-citoplasto é submetido a pulsos elétricos, que
promovem a fusão das membranas, seguidos de uma ativação artificial quimicamente
semelhante àquela desencadeada pelo espermatozóide em uma fecundação normal.
Havendo sucesso, o núcleo celular será reprogramado e dará início ao
desenvolvimento embrionário. Cada embrião assim reconstruído será geneticamente
idêntico ao animal que deu origem às células doadoras de núcleo (Kato et al., 2000;
Bressan et al., 2008).
A transferência nuclear utilizando células modificadas geneticamente como
doadoras de núcleo permitiu grandes avanços técnicos na produção de animais
transgênicos (Figura 9). O DNA exógeno, quando incorporado no genoma celular,
pode ter sua inserção e expressão verificadas antes da utilização destas células na
Figura 9: Esquema representativo das etapas da transferência nuclear utilizando células somáticas transgênicas como doadoras de núcleo. (1) Transdução lentiviral. (2) Seleção das células que expressam o transgene. (3) Maturação in vitro de oócitos. (4) Seleção dos oócitos que extruíram o 1º corpúsculo polar. (5) Enucleação do oócito: retirada da placa metafásica. (6) Introdução de uma célula transgênica no espaço perivitelínico do citoplasto receptor. (7) Eletrofusão das membranas. (8) Ativação química dos complexos. (9) Cultivo in vitro dos embriões e inovulação em fêmeas receptoras. (Fonte: Bressan et al., 2008).
Porém: “Os genes sozinhos não determinam todos os caracteres físicos e
comportamentos de um organismo e sim um constante diálogo com o ambiente, interagindo
com o mesmo”, por isso não são idênticos (Figura 10).
Até então não existem provas concretas de que animais clonados sejam
totalmente normais. Diversas alterações podem ocorrer na gestante do clone, já que os
órgãos do clone como rins, pulmões e o coração, podem crescer de tamanho
exagerado, resultando em fortes dores, dificultando a respiração e a metabolização de
alimentos, chegando ao ponto de 82% dos bovinos clonados, não chegarem aos
noventa dias de prenhes. A explicação deste problema, é que os “núcleos de células
diferenciadas não são corretamente reconduzidos a um estágio embrionário dos embriões
clonados, levando à expressão errada dos genes, prejudicando ou impedindo o desenvolvimento
do animal”.
Clones
3
4
6
1
2
5
7
8 9
16
Figura 10: Clones univitelinos. (Fonte: http://cheirinhosdeciencia.blogspot.com/, 2009).
Atividade Complementar 2 1) O que é clonagem?
2) O que é DNA?
3) Explique as diversas formas de cultivo in vitro de plantas e de animais.
4) Pesquise sobre tradução e transcrição.
VI. Transgênicos
Poucos assuntos geram tanta controvérsia como os transgênicos. Organismos
transgênicos, ou organismos geneticamente modificados (OGMs), são animais e
plantas que sofrem modificações geradas pela transferência de características (genes)
de uma espécie para a outra (Losey et al., 1999).
Um organismo transgênico pode ser definido como um animal ou planta
produzido a partir da célula embrionária na qual foi incorporado uma sequência de
DNA clonado. São produtos geneticamente modificados que buscam melhorar,
principalmente, a produção de alimentos, de forma mais racional e sustentável.
Consequentemente, com redução de custos de produção, aumento de produtividade,
redução de insumos e defensivos.
A introdução do transgene na célula pode ser realizada por vários métodos:
Sistema Agrobacterium tumefaciens: Método pelo qual é inserido um gene
de interesse no genótipo de uma bactéria que, ao se associar a uma planta,
retransmite a mesma característica.
Bombardeamento com micro partículas revestidas de DNA: Sistema pelo
qual o DNA é revestido em micro esferas de tungstênio e transferido para
dentro do tecido da planta.
Transferência por electroporação: Introdução de DNA em células expostas a
um campo elétrico.
Micro injeção de DNA: Consiste numa injeção de DNA na célula através de
uma micropipeta.
Cada um desses métodos tem como objetivo introduzir o transgene no núcleo
da célula, onde se encontra o material genético, sem danificar a célula. Então, a planta
se desenvolve e suas células apresentarão o transgene de interesse podendo transmiti-
lo a seus descendentes.
Os transgênicos não apareceram na forma de “geração espontânea”. O
surgimento da tecnologia do DNA recombinante onde os transgênicos estão inseridos,
possibilitam, manipulações de organismos até então não obtidas através de processos
"Contra a clonagem humana não se pronunciaram apenas autoridades
religiosas, teólogos, politicos e filósofos, mas também relevantes
homens da ciência. Pa citar um só exemplo: o legendário James
Watson, que nunca olhou com bons olhos esse assunto."
envolvendo a compatibilidade de cruzamentos (Rech, 2004).
Atualmente pode-se ver a utilização de organismos transgênicos, sobretudo na
area agrícola (Figura 11).
Transgene
Figura 11: Método de transgene. (1) Bactéria. (2) Isolamento do DNA bacteriano. (3) Clonado o DNA. (4) Extração do gene de interesse. (5) Fabricando o gene (transgene). (6) Inserção do transgene no tecido da planta. (7) Planta. (8) Reprodução.
A polêmica em torno dos transgênicos tem como ponto principal o medo do
desconhecido, pois hoje muitas pessoas são copntra as tecnologias porque elas
observam seus erros passados. Eles associam a tecnologia com problemas, como
fizeram diversas outras pessoas em cada geração em que novas tecnologias foram
apresentadas.
A promessa de um futuro ambientalmente mais saudável e de uma agricultura
mais produtiva; de outro a ansiedade gerada pela pouca informação a cerca da
qualidade dos produtos transgênicos e pelo medo do desconhecido inerente a todos os
seres humanos (Figura 12).
1
2
3 4
5
6
7 8
"As plantas transgênicas caracterizam-se um ou mais genes
provenientes de um pool gênico mais distante. Pelo uso dessa tecnologia
espera-se produzir novos produtos ecologicamente sustetáveis, mais
produtivos, com superior qualidade e que sejam caapzes de colaborar na
solução da falta nutricional dos mais de 1.5 bilhões de pessoas no
mundo, que sofrem de subnutrição, bem como, reduzir substacialmente
a agressão ao meio ambiente."
Sachse
18
Figura 12: Charge do Ivo Viu a Uva. (Fonte: http://www.ivoviuauva.com.br/?p=433, 2009)
Contudo, o aprimoramento das técnicas de obtenção de organismos
geneticamente modificados, bem como o aumento da sua utilização, surgiram novos
produtos, visando a produção dos mesmos em larga escala.
Atividade Complementar 3
1) O que são transgênicos?
2) Quais os fenômenos de transgênese na natureza? Citar exemplos de
transgêneses naturais.
3) Como podemos identificar os alimentos transgênicos?
4) Quais as técnicas usadas na produção de transgênicos?
VII. Bioprospecção
Basicamente, a bioprospecção consiste na exploração e investigação de recursos
provenientes da fauna e da flora, a fim de identificar princípios ativos para a obtenção
de novos produtos e processos com vistas à comercialização. É essencialmente um
fenômeno de redes, que integra atores e práticas, as mais diversas – da atividade
biotecnológica a sociedades indígenas, grandes indústrias e organizações não
governamentais – e explicita muitos conflitos, ainda bastante ativos. Tudo isso ressalta
a necessidade de mecanismos regulatórios e de toda uma base de legitimação para
garantir a sua sustentabilidade no mundo globalizado (Artuso, 2002).
Em resumo: A prospecção da biodiversidade ou simplesmente
bioprospecção significa “A exploração da diversidade biológica por
recursos genéticos e bioquímicos, de valor comercial, e que,
eventualmente, pode fazer uso do conhecimento de comunidades