FUNDAMENTOS: O QUE É BIOTECNOLOGIA?
Cultivar vegetais, domesticar animais, transformar os alimentos ou aproveitar as propriedades curativas de algumas plantas são atividades que remontam à alvorada da humanidade e se desenvolveram com base no conhecimento empírico, ignorando a existência dos microrganismos ou das leis da hereditariedade.
No início do século XIX, a demanda de mão de obra por uma indústria incipiente estimula a migração da população do campo para a cidade. Em condições sanitárias cada vez mais degradadas, as doenças e a fome acompanham o homem. Ao mesmo tempo, o progresso exige processos industriais mais eficientes. A compreensão dos fenômenos naturais torna-se indispensável para responder às necessidades da sociedade.
A partir de 1850 surgem novas áreas do conhecimento. Nasce a Microbiologia, a Imunologia, a Bioquímica e a Genética. A Química Industrial se desenvolve aceleradamente e, também, aumenta a intervenção da Engenharia Agrícola e da Pecuária no gerenciamento do campo.
Em 1914, Karl Ereky, um engenheiro agrícola húngaro, desenvolve um gigantesco plano de criação de suínos visando substituir as práticas tradicionais por uma indústria agrícola capitalista baseada no conhecimento científico.
Deve-se a Ereky (1919) a primeira definição de biotecnologia, como “a ciência e os métodos que permitem a obtenção de produtos a partir de matéria-prima, mediante a intervenção de organismos vivos”. Para ele, a era bioquímica substituiria a era da pedra e do ferro.
O século XX assiste posteriormente a um desenvolvimento extraordinário da ciência e da tecnologia. Da convergência entre ambas resultam logros extraordinários em vários setores produtivos, onde os seres vivos constituem a base de itens tão diversos como a produção de variedades vegetais mais produtivas, a fabricação de novos alimentos, o tratamento do lixo, a produção de enzimas e os antibióticos.
A proposta de J. D. Watson e F. Crick (1953) de um modelo helicoidal para a molécula de DNA representa, sem dúvida, um marco fundamental na história da Biologia Molecular. Mas a divisória entre a Biotecnologia clássica e a Biotecnologia moderna é uma série de experiências realizadas por H. Boyer e S. Cohen que culmina em 1973 com a transferência de um gene de sapo a uma bactéria. A partir desse momento é possível mudar o programa genético de um organismo transferindo-lhe genes de outra espécie.
A importância e os riscos inerentes à nova tecnologia não passaram despercebidos para as pessoas envolvidas. Fato inédito na história, em 1975 os cientistas reunidos em Asilomar (USA) estabeleceram uma moratória em seus trabalhos até serem definidas as condições de segurança adequadas, o que aconteceria pouco tempo mais tarde.
Na passagem de uma biotecnologia de laboratório a uma biotecnologia industrial, a Engenharia Genética ocupa um lugar de destaque como tecnologia inovadora do século XX. Em alguns casos, como os da insulina e do hormônio do crescimento, a inovação consiste em substituir os métodos de obtenção tradicionais. Em outros casos, como o dos anticorpos monoclonais ou do Golden Rice, um arroz com vitamina A, trata-se de produtos inteiramente novos. As técnicas recentes de edição gênica ampliam extraordinariamente as possibilidades de manipulação dos genes.
A Biotecnologia abrange uma área ampla do conhecimento que decorre da ciência básica (biologia molecular, microbiologia, biologia celular, genética etc.), da ciência aplicada (técnicas imunológicas e bioquímicas, assim como técnicas decorrentes da física e da eletrônica, e de outras tecnologias (fermentações, separações, purificações, informática, robótica e controle de processos). Trata-se de uma rede complexa de conhecimentos onde ciência e tecnologia se entrelaçam e complementam.
Galeria de imagens: A linha do tempo
3. DEFINIÇÕES DA BIOTECNOLOGIA
O impacto causado pelas primeiras experiências de Engenharia Genética estimulou numerosas tentativas de redefinição do campo da Biotecnologia. Mediante a substituição da expressão “intervenção de organismos vivos” por “utilização de processos celulares e moleculares” tratou-se de diferenciar a Biotecnologia clássica da moderna. Porém, devido à enorme difusão das técnicas de manipulação gênica, elas acabam se superpondo, e, fora do contexto histórico, é difícil distinguir o limite entre ambas.
Por outro lado, como a definição de um setor de atividades depende dos interesses dos grupos envolvidos, muitas vezes reflete a visão dos setores profissionais predominantes. Por isso, se revisitarmos os textos da década de 1980, anos em que a expressão “biotecnologia” se expande, encontraremos mais de uma dúzia de definições diferentes do termo. Levantamos, entre as definições encontradas com maior frequência, as seguintes:
Observa-se que, com o tempo, o conceito ganha uma expressão mais simples. As definições mais recentes não fazem mais referência aos processos tecnológicos envolvidos; talvez porque, além de complexos e diversos, estes evoluam muito rapidamente.
Aqui consideraremos a biotecnologia de uma maneira ampla, definida como uma atividade baseada em conhecimentos multidisciplinares, que utiliza agentes biológicos para fazer produtos úteis ou resolver problemas. Esta definição é suficientemente abrangente para englobar atividades tão variadas como as de engenheiros, químicos, agrônomos, veterinários, microbiologistas, biólogos, médicos, advogados, empresários, economistas etc.
Nascida nos laboratórios de Universidades e Centros de Pesquisa, onde ainda permanece, a Biotecnologia se desenvolve também em empresas públicas e privadas de diferente porte, gerando também um segmento novo de empresas especializadas em plataformas tecnológicas avançadas que disponibilizam insumos para as outras empresas.
A Biotecnologia é uma atividade multidisciplinar que incide em vários setores produtivos da sociedade (Indústria, Energia, Meio Ambiente, Agricultura, Pecuária, Alimentos e Saúde). Cresce dentro de um sistema econômico que visa a obtenção de vantagens e lucros e avança rapidamente, levantando questionamentos relativos à ética e à biosseguridade.
Já não se trata de promessas ou de perspectivas futuras; os produtos e processos biotecnológicos fazem parte de nosso dia a dia, trazendo oportunidades de emprego e investimentos. Incluem-se na bioeconomia plantas resistentes a doenças, plásticos biodegradáveis, detergentes mais eficientes, biocombustíveis, e também processos industriais menos poluentes, menor necessidade de pesticidas, biorremediação de poluentes, centenas de testes de diagnóstico e de medicamentos novos (Tabela). Avança rapidamente, levantando questionamentos relativos à ética e à biosseguridade.
5.BIOTECNOLOGIA E DESENVOLVIMENTO
Por se tratar de uma coleção de tecnologias diversas, o uso das biotecnologias não se restringe necessariamente aos países desenvolvidos. Existe um espaço que os países emergentes podem ocupar, em função de suas riquezas naturais, desde que existam prioridades econômicas e políticas definidas claramente. A condição fundamental é contar com instituições competentes que formem uma massa crítica de pesquisadores e pessoal técnico treinado.
A China e a Índia contam hoje com uma indústria biotecnológica avançada e diversificada. Assim como a América Latina, onde essa se concentra principalmente na Argentina, no Brasil, no Chile, na Colômbia, em Cuba e no México. Países como Uruguai e Venezuela também têm atividade em algumas áreas, assim como, em menor escala, Equador, Costa Rica, Paraguai, Peru e Bolívia. Na região, numerosas empresas incidem em vários setores: meio ambiente e indústria, agroalimentos e pecuária, saúde animal e humana.
No entanto, a Biotecnologia suscita ainda opiniões e sentimentos controversos. Enquanto alguns setores a percebem como uma tecnologia baseada em um sólido conhecimento científico, para outros se trata de uma atividade antinatural e perigosa. O enfrentamento de partidários e opositores ocorre com menos frequência no terreno das razões que no das paixões, sejam elas políticas, religiosas ou ideológicas. Ao discutir se a biotecnologia é progressista ou reacionária, boa ou ruim, se esquece que o que caracteriza uma tecnologia é o uso que fazemos dela.
Produtos e processos inimagináveis cinquenta anos atrás entram em nosso cotidiano antes que os alicerces científicos e tecnológicos correspondentes se insiram em nossa cultura, através de uma divulgação ampla que atinja também o sistema educativo em todos os seus níveis. Não existe possibilidade alguma de construir uma sociedade moderna se os seus integrantes ignorarem os aspectos mais gerais de ciência e tecnologia. O desconhecimento aumenta o risco de rejeitar tecnologias promissoras, capazes de abrir perspectivas novas, com vistas a um desenvolvimento sustentável em áreas tão críticas como a saúde, a produção de alimentos, a energia e o meio ambiente.
Nossa proposta é revisar os fundamentos das biotecnologias e mostrar como esses se aplicam em diversos setores produtivos da sociedade. Esperamos que ele seja de ajuda para todos os que nos preocupamos com os alcances desta fascinante (r)evolução tecnológica.
6. CRONOLOGIA
ANTIGUIDADE
Preparação e conservação de alimentos e bebidas por fermentação (pão, queijo, cerveja, vinho e vinagre); cultivo de plantas (batata, milho, cevada, trigo etc.); domesticação de animais; tratamento de infecções (com produtos de origem vegetal tais como pó de crisântemo e derivados de soja com fungos).
IDADE MÉDIA
Século XII: Destilação do álcool
IDADE MODERNA
Século XVI: Cronistas registram a colheita de algas para alimentação, nos lagos de México, pelos astecas.
Século XVII: Início da produção comercial de cerveja; extração de metais por ação microbiana na Espanha; cultivo de fungos na França; Hooke descobre a existência de células (1665).
Século XVIII: Invento da máquina a vapor (1752). A partir de 1750, cresce o cultivo de leguminosas na Europa e se difunde a prática de rotação de cultivos, aumentando a produtividade e melhorando o uso da terra.
IDADE CONTEMPORÂNEA
1797
Jenner inocula uma criança com um vírus que o protege contra a varíola.
1809
Appert utiliza o calor para esterilizar e conservar comida, processo que será utilizado nas campanhas napoleônicas.
1835 a 1855
Schleiden, Schwann e Virchow enunciam a teoria celular.
1863 a 1886
Pasteur inventa um processo para conservar alimentos sem alterar suas propriedades organolépticas (Pasteurização, 1863), derruba a teoria da abiogênese (1864), investiga as doenças do bicho-da-seda (1865), identifica a levedura como o agente responsável pela fermentação alcoólica (1876), usa microrganismos atenuados para obter vacinas contra o antraz e a cólera (1881), faz os primeiros testes de uma vacina contra a raiva (1881). Paralelamente, Koch inicia o desenvolvimento de técnicas fundamentais para o estudo dos microrganismos (1876), e enuncia quatro postulados sobre os agentes infecciosos como causa de doenças. Em 1865 Mendel apresenta o seu trabalho “Experiências de hibridização em plantas”.
1887
Inauguração em Paris do Instituto Pasteur.
1892
Descoberta do vírus do mosaico do tabaco; introdução do trator na agricultura.
1897
Büchner mostra que enzimas extraídas da levedura podem transformar açúcar em álcool.
1899
Primeiro transplante de um órgão: o rim de um cachorro a outro cachorro.
1900
Redescobrimento das leis da hereditariedade, já enunciadas por Mendel em 1865, porém esquecidas.
1905
O primeiro transplante de córnea se realiza com sucesso; isto porque a córnea não tem antígenos.
1906
Ehrlich descobre o primeiro agente quimioterápico, chamado Salvarsan, que será utilizado contra sífilis.
1910
Em Manchester, na Inglaterra, começam a ser introduzidos os sistemas de purificação de esgoto baseados na atividade microbiana.
1912 a 1914
Rhöm obtém a patente de uma preparação enzimática para a lavagem de roupas; Weizmann consegue a produção de acetona e butanol por microrganismos.
1915
Morgan publica “Mechanism of Mendelian Heredity”.
1916
Imobilizam-se as enzimas, uma técnica que facilita sua utilização em processos industriais.
1918
Morrem de gripe espanhola mais de vinte milhões de pessoas, um número de vítimas superior ao da Primeira Guerra Mundial. Constroem-se biodigestores para a produção de metano (China e Índia).
1919
O engenheiro agrícola húngaro Ereky utiliza pela primeira vez a palavra biotecnologia.
1927
Muller descobre que os raios X causam mutações.
1928
F. Griffith descobre a transformação, isto é a transferência de informação genética de uma linhagem bacteriana a outra.
1933
Comercialização do milho híbrido, isto é de sementes de milho mais produtivas.
1936
Obtenção de ácido cítrico por fermentação.
1938
Na França, produção comercial de um biopesticida (Bacillus thuringiensis).
1940 a 1950
Avanços na mecanização do trabalho agrícola.
1944
Produção em grande escala da penicilina (descoberta por Fleming em 1928, desenvolvida por Florey e Chain).
1951
Inseminação artificial de gado utilizando sêmen congelado. Descoberta da presença de genes saltatórios no milho por Bárbara Mc Clintock.
1953
J. D. Watson e F. Crick propõem o modelo (dupla hélice) da estrutura do DNA.
1958
L.Stevens reconhece a existência de células de camundongo pluripotentes.
1959
Reinart regenera plantas de cenoura a partir de uma cultura de células (calo).
1960
Aumento da produção de ácido láctico, ácido cítrico, acetona e butanol por via fermentativa.
1961
Descoberta do código genético. Desenvolvimento de uma protease alcalina para uso em sabões para a lavagem de roupas pela empresa dinamarquesa Novo. Inicia-se o cultivo in vitro de células-tronco embrionárias pluripotentes.
1962
Plantio de novas variedades de trigo mais produtivas, no México, dando início ao que será chamado de Revolução Verde.
1965
Hayflick observa que as células cultivadas se dividem um número finito de vezes antes de morrer.
1967
Primeiro transplante de coração, na África do Sul; o paciente sobrevive 18 dias.
1968
Produção industrial de aminoácidos utilizando enzimas imobilizadas.
1973
Havendo desenvolvido técnicas de corte e reunião do DNA, Cohen e Boyer transferem um gene a um organismo de outra espécie. Lançado no Brasil o programa de produção de álcool a partir de biomassa (Proálcool).
1975
G. J. F. Köhler e C. Milstein desenvolvem a tecnologia de hibridomas e obtêm anticorpos monoclonais. A empresa Novo produz xarope com alto conteúdo de frutose por via enzimática como adoçante alternativo à sacarose.
1975
A Conferência de Asilomar pede ao National Institute of Health (NIH) que sejam estabelecidas normas para a regulação dos experimentos com DNA-recombinante, o que acontecerá meses mais tarde.
1976
Utilização da técnica de hibridização molecular no diagnóstico pré-natal da alfa talassemia.
1977
F.Sanger e W.Gilbert elaboram o primeiro método de sequenciamento do DNA.
1978
Genentech, Inc., a primeira empresa biotecnológica, fundada um ano antes por Boyer e Swanson, obtém a proteína somatotropina (hormônio de crescimento) mediante a tecnologia do DNA-recombinante. Nasce na Inglaterra Louise Brown, o primeiro bebê de proveta.
1979
Produção do hormônio de crescimento humano, utilizando a tecnologia do DNA-recombinante.
1980
A Suprema Corte de Justiça dos Estados Unidos aprova o princípio de patentes para as formas de vida de origem recombinante. As primeiras patentes são de A. N. Chakrabarty, para um microrganismo para biorremediação de petróleo, e de H. Cohen e S.Boyer, pelo processo de 1973. Erradicação da varíola.
1982
A insulina humana de origem recombinante da Genentech, Inc. é comercializada. Uma licença será obtida mais tarde pela empresa Eli Lilly, que a venderá com o nome de Humulina®. A primeira vacina de DNA-recombinante para o gado é comercializada na Europa. S. Prusiner descobre os príons.
1983
Realizam-se as primeiras experiências de Engenharia Genética em plantas (petúnia). Syntex Corporation recebe a aprovação da Food and Drug Administration (FDA) de um teste para Chlamydia trachomatis baseado na utilização de anticorpos monoclonais. Isolado o vírus HIV no Instituto Pasteur (França) e no NIH (National Institute of Health, Estados Unidos). Anunciada a obtenção das primeiras plantas geneticamente modificadas por quatro grupos independentes da Universidade de Washington (St Louis), a empresa Monsanto (Missouri), e a Universidade de Gent (Bélgica). K. Mullis aporta modificações fundamentais à técnica da Reação em Cadeia de Polimerase (PCR).
1984
A. Jeffreys introduz a técnica do Fingerprint (impressões digitais), que, um ano depois, será utilizada pelos tribunais para a identificação de suspeitos. Clonagem e sequenciamento do genoma do HIV pela empresa Chiron Corp.
1986
A Environmental Protection Agency (EPA) dos Estados Unidos aprova a liberação de plantas de tabaco transgênicas. Um grupo de especialistas em segurança em Biotecnologia da Organização para a Cooperação Econômica e o Desenvolvimento (OECD) declara que a previsibilidade das mudanças genéticas obtidas por Engenharia Genética é frequentemente maior que a correspondente às técnicas tradicionais, e que os riscos associados com organismos transgênicos podem ser avaliados do mesmo modo que os riscos associados aos outros organismos. Aprovada a primeira vacina biotecnológica para uso humano, trata-se de Recombivax-HB, contra a hepatite B. alfa interferon para tratamento de câncer (Biogen).
1987
Advanced Genetic Sciences libera em campo bactérias DNA-recombinante (Frostban) que inibem a formação de gelo nos cultivos de morango, na Califórnia; a FDA aprova o fator ativador de plasminogênio, obtido por engenharia genética, para o tratamento de ataques cardíacos.
1988
A Universidade de Harvard obtém a patente de um rato transgênico desenvolvido especialmente para o estudo do câncer; na mesma década, os europeus obterão a patente de outro rato transgênico, sensível a substâncias carcinogênicas. Genencor International Inc. obtém a patente de um processo que permite obter enzimas (proteases) resistentes a alvejantes (processo bleach) para a fabricação de sabões para a lavagem de roupa.
1989
Com a criação do National Center for Human Genome Research se inicia o mapeamento do genoma humano. Amgem libera o Epogen para tratamento de anemia.
1990
Primeira experiência de terapia gênica para uma doença rara (ADA) em uma menina de quatro anos. Pfizer comercializa Chy-Max TM, uma enzima de origem recombinante para a preparação de queijos. GenPharm International, Inc. consegue uma vaca transgênica que produz no leite proteínas humanas para alimentação infantil. A Universidade da Califórnia (UCSF) e a Universidade de Stanford contabilizam 100 patentes relativas ao DNA-recombinante. Aplicação da cultura de células na produção de agentes bioterapéuticos.
1991
Obtida por engenharia genética a enzima β-glucorcerebrosidase para a doença de Gaucher (Genzyme). Affymax lança os primeiros chips de DNA.
1992
Uma técnica, elaborada por cientistas americanos e britânicos, permite testar anormalidades como a fibrose cística e a hemofilia em embriões in vitro. A FDA declara que os alimentos de origem transgênica não demandam uma regulação especial. Convenção Internacional sobre Diversidade Biológica (CDB).
1993
Aprovada a utilização do hormônio de crescimento bovino rBGH/rBST, produzido por Monsanto Co., para aumentar a produção de leite.
1994
Lançamento no mercado do tomate FlavSavr®, que, devido à inativação de um gene, amadurece na planta.
1995
Decifrado o primeiro genoma de uma bactéria, Haemophilus influenzae.
1996
Sequenciado o primeiro genoma de um organismo eucarionte, a levedura Saccharomyces cerevisiae. Desenvolve-se o primeiro GeneChip (Stanford, Affymetrix). Isolamento e cultivo das primeiras células-tronco extraídas de embriões humanos supernumerários originados por fecundação in vitro.
1997
No Reino Unido, nascem Dolly, uma ovelha clonada, e, meses mais tarde, uma segunda ovelha, Polly, clonada e geneticamente modificada. Os cultivos transgênicos são introduzidos em vários países.
1998
Contabilizam-se mais de 1.500 empresas de Biotecnologia nos Estados Unidos e mais de 3.000 no mundo. Células-tronco embrionárias são utilizadas para regenerar tecidos. Sequenciamento do primeiro genoma animal, o verme Caenorrabditis elegans. Isolada a primeira linhagem de células-tronco embrionárias humanas. A.Z. Fire e C. Mello descobrem o silenciamento gênico, a resposta antiviral a um RNA de filamento duplo.
1999
Sequenciamento do primeiro cromossomo humano. Pesquisadores descobrem que as células-tronco podem ser induzidas a se diferenciar em diversos tipos celulares.
2000
O rascunho do sequenciamento do genoma humano é anunciado simultaneamente por Collins, do Consórcio do Genoma Humano, e Venter, da Celera Inc. Sequenciados também o genoma da mosca Drosophila melanogaster, o primeiro genoma de uma planta (Arabidopsis thaliana) e, no Brasil, o de uma bactéria que ataca os cítricos (Xylella fastidiosa). Protocolo de Cartagena. Moratória relativa ao uso da tecnologia Terminator, previamente patenteada por Delta&Pine.
2001
O rascunho do sequenciamento do Genoma Humano é publicado simultaneamente nas revistas Science e Nature. Sequenciamento do genoma de plantas de interesse agronômico para os países em desenvolvimento (arroz, banana). Sequenciamento do genoma de bactérias de importância agronômica. Obtenção de células sanguíneas a partir de células-tronco embrionárias.
2002
Completados o rascunho do proteoma funcional da levedura e o sequenciamento do genoma do agente e do vetor transmissor da malária. Identificam-se mais de 200 genes envolvidos na diferenciação das células-tronco. Descoberta da participação de moléculas de RNA na regulação de vários processos celulares. Em diversos países inicia-se a utilização de células-tronco adultas para o tratamento experimental de diversas doenças (leucemia, mal de Chagas, diabetes e anemia falciforme).
2003
Comercialização como mascote, do GloFish, um peixe transgênico que brilha na escuridão, originalmente criado para detectar poluentes. Clonagem de vários tipos de animais e de espécies ameaçadas de extinção. O Genoma Humano é completado. O Massachussets Institute of Technology (MIT) organiza a primeira iGEM (International Genetically Engineered Machine).
2004
Comercialização de novos medicamentos (Avastin® ou bevacizumab) e testes de diagnósticos. Comercialização do peixe GloFish.
2005
Publicação dos resultados do projeto HApMap com o mapa das variações do Genoma Humano.
2006
O grupo de pesquisadores liderado por S. Yamanaka consegue induzir a pluripotencialidade celular em células somáticas. Criada a Biobricks Foundation, um registro de Partes Biológicas Standard - Open Source. Mantida a moratória sobre a tecnologia Terminator (Curitiba).
2007
As autoridades europeias de segurança alimentar concluem que os genes marcadores de resistência aos antibióticos não apresentam riscos relevantes para a saúde humana ou animal nem para o meio ambiente. Vacina contra o papilomavírus humano: primeira vacina contra o câncer. Nova técnica mais eficiente de sequenciamento.
2008
Pesquisadores japoneses desenvolvem a primeira rosa azul, geneticamente modificada. Plataformas next generation diminuem os custos e aumentam a velocidade do sequenciamento. Uma equipe de pesquisadores de Harvard cria linhagens de células-tronco para 10 doenças genéticas.
2009
Um grupo internacional obtém as primeiras células-tronco iPS, sem utilizar virus. Comercialização de soja com alta concentração de ômega 3, o primeiro alimento biofortificado.
2010
Autorizada na União Europeia a comercialização da batata transgênica Amflora (BASF) para uso industrial. Pesquisadores do Instituto Craig Venter constroem a primeira célula sintética. Desvendado o genoma do Neanderthal. 2010 Primeiro teste clínico com células-tronco.
2012
Publicação do s resultados do Projeto ENCODE descrevendo as regiões ativas do genoma humano. J.Doudna e E. Charpentier descrevem a técnica CRISPR-Cas de edição de genomas.
2013
F.Zangh mostra que CRISPR/Cas9 também funciona em células de mamíferos, inclusive humanas.
2014
Publicado o primeiro rascunho do proteoma humano.
2018
O pesquisador He Jiankui anuncia o nascimento de duas meninas gêmeas que tiveram o genoma modificado por edição gênica. Em 2019 He é demitido da Universidade chinesa em que trabalhava e condenado recebendo poco depois a 3 anos de prisão.