Biotecnologia

Biotecnologia (biologia aplicada) é a tecnologia baseada nas ciências biológicas, em qualquer nível: molecular, celular, morfofisiológico, ecológico, biodiversidade, reprodução e genética. Ou seja, trata-se de olhar as diferentes ciências biológicas não pelo ângulo da preservação e descrição, mas pelo ângulo da produção econômica (produtos, serviços e tecnologias), tal qual definido em A Convenção sobre Diversidade Biológica da ONU:

“ Biotecnologia significa qualquer tecnologia que utilize sistemas biológicos, organismos vivos, ou seus derivados, para fabricar ou modificar produtos ou processos para utilização específica. ”

Biotecnologia: a busca da junção das diferentes ciências biológicas com diferentes tecnologias para a produção de bens, produtos e serviços.

Biotecnologista examina uma rosa que começou como células cultivadas numa cultura de tecidos.

A biotecnologia clássica (fase 1) se baseia na utilização de organismos vivos da forma como são encontrados na natureza ou melhorados por genética estatística convencional. Nesse sentido, a biotecnologia clássica se baseia principalmente nos conceitos mais maduros da microbiologia e genética, envolvendo um conjunto de atividades como a produção de alimentos fermentados (pão, vinho, iogurte, cerveja). Por outro lado a fase 2 da biotecnologia (biotecnologia moderna) faz uso intenso da genética molecular (DNA recombinante) e biologia molecular, a ponto de quase perder sua identidade ampla e se resumir a biologia molecular. Recentemente, temos a fase 3 da biotecnologia (biotecnologia moderna) no qual a multidisciplinaridade e a diversidade em tecnologias e ciências biológicas atinge o seu ápice, ou seja, ocorre a combinação dos conceitos biológicos da genética, biologia celular, zoologia, botânica, ecologia, evolução, fisiologia, imunologia, histologia, engenharia, tecnologia da informação, programação de computadores, matemática,astrobiológico, arqueobiológico, robótica, bioética e o biodireito, entre outras. Portanto, a fase 3 da biotecnologia busca também sair da dependência da tecnologia do DNA recombinante para poder gerar novas tecnologias baseadas em outros ramos da biologia, além de estabelecer uma identidade multidisciplinar e diversa, buscando não se deixar confundir e se reduzir a biologia molecular e bioquímica. Os principais tópicos de importância da biotecnologia nesta fase 3 são melhoramento genético, transgenia e organismos geneticamente modificados, reprodução artificial, cultura de células, tecidos e órgãos de seres vivos, controle biológico, terapia gênica, terapia celular, novas terapias moleculares, ciências ômicas e biologia molecular, bioprocessos industriais, cuidados com a biodiversidade e meio ambiente, biomateriais e dispositivos tecnológicos (biorreatores, dispositivos médicos, órteses e próteses) e biomimética.

A palavra biotecnologia tem origem grega, onde Bio significa vida; técno, técnica; e logia, conhecimento ou estudo. Em função da amplitude da definição e por tentar ser um guarda chuva para inúmeras disciplinas já consolidadas, admite-se um carácter de marketing e de algo amorfo, sem identidade, á biotecnologia, o que vem dificultando o seu pleno entendimento pela sociedade. A biotecnologia é um tema frequentemente explorado pela ficção científica. Os robôs humanoides da peça teatral R.U.R. (1920) de Karel Čapek, obra onde a palavra "robô", criada pelo irmão do autor, Josef, é apresentada pela primeira vez, não são máquinas e sim, seres "orgânico-sintéticos" (ver: Irmãos Čapek). Já o cinema produziu filmes como Blade Runner (1982) no qual os personagens andróides (os "replicantes") são criados através de bioengenharia.

Microrganismos usados em biotecnologia

Bactérias

O domínio Archaea é formado principalmente por organismos extremofílicos, isto é, microrganismos que não apenas toleram, mas crescem otimamente em ambientes normalmente considerados inóspitos para a vida, como fontes termais, águas extremamente salgadas, temperaturas baixas e condições extremas de pH.

Uma outra característica exclusiva de Archaea é o metabolismo metanogênico: não se conhecem eubactérias nem eucariotos capazes de produzir metano como resíduo de seu metabolismo.

A adaptação de organismos a esses ambientes obrigou-os a desenvolver componentes celulares e estratégias bioquímicas para sua sobrevivência.

Por outro lado, devido às características "exóticas" que têm, e às suas propriedades únicas, esses microrganismos geram bioprodutos que podem ser empregados em condições drásticas, que frequentemente ocorrem em processos industriais. Os componentes moleculares deles retirados possuem muitas vezes propriedades que os tornam especialmente adequados para serem utilizados nesses processos. Nesse contexto, é hoje geralmente aceito que esses microrganismos constituem um precioso repositório de moléculas de interesse industrial e um excelente recurso para o desenvolvimento de novas aplicações biotecnológicas.

Os benefícios econômicos e estratégicos estão relacionados com a descoberta de microrganismos potencialmente exploráveis nos processos biotecnológicos para obtenção de agentes terapêuticos, probióticos, produtos químicos, enzimas e polímeros para aplicações industriais e tecnológicas, biorremediação e biolixiviação de poluentes e recuperação de minérios.

Outros benefícios incluem a otimização da capacidade microbiana para processamento de alimentos, tratamento e/ou remediação de resíduos (esgoto doméstico e lixo).

Archaea halofílicas oferecem uma infinidade de aplicações biotecnológicas reais ou potenciais. Certas cepas contêm pigmentos retinais ligados à membrana, bacteriorodopsina (BR) e halorodopsina, que permitem que os

microrganismos usem a energia luminosa para conduzir processos bioenergéticos (Oren 1994, Lanyi 1995). A estabilidade termodinâmica e fotoquímica do BR levou a muitos usos em aplicações técnicas, como em holografia, moduladores de luz espacial, retina artificial, memórias ópticas volumétricas e associativas.

Com o descobrimento dos microrganismos extremofílicos (em sua maioria arqueas), o que ampliou ainda mais a diversidade microbiana, a potencial faixa de processos para utilização de enzimas também se ampliou, principalmente porque as extremozimas (enzimas provenientes de microrganismos extremófilos) sendo naturalmente estáveis em ambientes extremos, vieram suprir a demanda industrial, para a qual, de certa forma, sempre estiveram em desvantagem as enzimas tradicionais.

Dentre as enzimas de arqueas de grande potencial para a aplicação biotecnológica, destacam-se as hipertermofilicas, psicrofílicas, alcaloflicas,halofilicas e barofílicas. Entre as enzimas de arqueas que têm recebido maior atenção, estão as termozimas, sendo que os principais processos de potencial utilização dessas enzimas são o beneficiamento do amido, a manufatura e o branqueamento da polpa para produção de papel e a bem estabelecida prática laboratorial da reação em cadeia polimerase (PCR), entre outras.

Bactérias do gênero pseudomonas são, geralmente, associadas a doenças infectocontagiosas. Mas algumas espécies podem atuar de forma diferente, inclusive promovendo o desenvolvimento das plantas cultivadas.  

Pesquisadores identificaram espécies de pseudomonas que podem dar origem a novos bioprodutos para a agricultura, seja como promotores de crescimento ou no controle de doenças e pragas agrícolas.

Além disso, as preocupações com o meio ambiente têm levado a necessidade do uso sustentável dos recursos naturais. A agricultura convencional tem causado impactos relevantes no solo e água. Por isso, é essencial a busca por maneiras mais limpas e sustentáveis de promover ganhos de produtividade.

Oque são as pseudomonas?

Bactérias do gênero pseudomonas são conhecidas como agentes de controle biológico promotores de crescimento de plantas. São consideradas rizobactérias, ou seja, microrganismos que vivem e se desenvolvem no solo. Produzem metabólitos relacionados ao crescimento da planta (auxinas, giberelinas e citocininas).

Também podem sintetizar antibióticos, sideróforos (compostos que atuam na captação de ferro) e ácido hidrocinâmico. Esses compostos são capazes de controlar patógenos que causam doenças nas plantas. Ainda  atuam na promoção de melhor desenvolvimento das raízes por modificar propriedades físicas, químicas e biológicas do solo ou substrato.

Como atuam?

As pseudomonas são bactérias simbiontes, ou seja, vivem em tecidos vegetais e fazem trocas de substâncias benéficas com as mesmas. A relação entre as plantas e estes organismos é amplamente explorada na agricultura.

Organismos como as pseudomonas utilizam-se de substâncias provenientes das plantas e disponibilizam substâncias de interesse para a planta. Essas substâncias irão atuar na promoção de crescimento ou no controle biológico de pragas e doenças. Por isso, pesquisas com espécies desse gênero são amplamente exploradas.

Pseudomonas no milho

O milho é uma cultura bastante sensível ao ataque de fungos causadores de fusarium, estes microrganismos infectam as raízes causando apodrecimento e murchamento das plantas. Um estudo com a cultura mostrou que a associação do milho com Pseudomonas sp. EM85 atuando de forma isolada, foi capaz de reduzir a ação dos patógenos. Além disso, a inoculação de sementes com as bactérias resultou em maior poder de germinação e vigor das plantas. Em plantas adultas, a área foliar, o peso seco da parte aérea e sementes também aumentaram.

Outro estudo desenvolvido com Pseudomonas fluorescens verificou um incremento nos teores de fosfato e potássio nos grãos de milho. A espécie demonstrou potencial para a ser utilizada na melhoria do teor nutritivo de grãos, bem como para reduzir a quantidade dos elementos utilizados em práticas de adubação.

Pseudomonas em hortaliças

Em um estudo foram utilizados isolados de pseudomonas spp para verificar sua atuação na promoção de crescimento de plantas de cebola. A avaliação foi realizada em em mudas após o transplante, na fase de crescimento vegetativo e produção de bulbos.

Os resultados mostraram um incremento no crescimento vegetal e produção de bulbos em casa de vegetação e condições de campo. Os resultados permitem observar que o uso de pseudomonas em hortaliças pode ser uma excelente alternativa para ganhos de produtividade

O uso de pseudomonas na agricultura pode ser uma alternativa sustentável e de baixo custo para aumento da produtividade em espécies vegetais. Seu uso pode trazer ganhos de produtividade para culturas como grãos e hortaliças. No entanto, como estamos tratando de uma nova tecnologia é importante que os produtores se adequem ao seu uso, prezando por um manejo integrado que preserve todo o sistema.

As bactérias do gênero Escherichia coli (E. coli) são bactérias do tipo

Gram-negativas, anaeróbicas facultativas, ou seja, podem crescer e viver com ou

sem a presença de oxigênio, que pertencem à família Enterobacteriaceae e que

podem ser encontradas no trato gastrointestinal de animais de sangue quente,

inclusive em humanos. Essas células possuem a forma de bastonetes (bacilos) e

podem ser imóveis ou móveis por flagelos. As estirpes de E. coli podem ser

diferenciadas com base nos antígenos somáticos (O), flagelares (H) e capsulares

(K).

Escherichia coli é uma bactéria essencial para a biotecnologia moderna. Apesar de

ser conhecida por sua natureza infecciosa (em particular a cepa O157:H7), poucas

pessoas têm consciência da sua importância em pesquisas e desenvolvimento

científicos, sendo ela a principal escolha para técnicas de Engenharia Genética.

Desde o nascimento da clonagem molecular, a E. coli tem sido utilizada como

hospedeira para sequências de DNA. Em 1973, Hebert Boyer e Stanley Cohen

mostraram pela primeira vez que duas partes pequenas de DNA bacteriano

poderiam ser “copiadas” e depois “coladas” em E. coli. Logo depois, eles mostraram

que o DNA de outros organismos, como os sapos, também poderia ser introduzidos

na bactéria. Com o sucesso desses experimentos, a E. coli se tornou a primeira

escolha para clonagem molecular e hoje é usada em laboratórios de todo o mundo

não só como hospedeira para sequências de DNA, mas também para produção de

suas proteínas.

Além de sua importância, a E. coli é fácil de cultivar pelos seguintes motivos:

Temperatura: Algumas estirpes de E. coli conseguem crescer em ambientes com

temperaturas entre 7 e 46°C e têm uma temperatura ótima de crescimento

(temperatura à qual a taxa específica de crescimento é máxima) entre 35 e 40°C.

Contudo, E. coli cresce em intervalos de temperatura mais apertados, com uma

temperatura mínima de crescimento de 8ºC e uma temperatura máxima de 44 a

45ºC. A temperatura ótima de crescimento é de 37ºC, a temperatura corporal, fácil

no ambiente laboratorial.

As estirpes patogênicas sobrevivem, geralmente, às temperaturas de refrigeração,

apesar de ocorrer uma ligeira redução após 1 a 5 semanas de armazenamento. No

caso da E. coli não ocorre qualquer redução mesmo quando os produtos são

armazenados a -20ºC.

Obtém energia a partir de várias fontes: Em seu ambiente natural (intestino), ela

consome alimentos digeridos. Em contexto laboratorial, pode ser alimentada de forma fácil e Barata.

Além de todos os motivos listados acima, a E.coli é utilizada na biotecnologia

porquê:

Cresce com ou sem oxigênio: No intestino, a E. coli cresce anaerobicamente (na

ausência de oxigênio). No entanto, ao contrário de algumas bactérias anaeróbicas,

a E. Coli também cresce bem em ambientes aeróbicos.

Cresce rápido: Bactérias geralmente crescem mais rápido que outros organismos

complexos. Em condições ideais, células individuais de E. coli podem dobrar a cada

20 minutos. Nessa velocidade, é possível produzir um milhão de células a partir de

uma única célula-mãe em aproximadamente 7 horas. O crescimento rápido significa

que experimentos envolvendo E. coli podem ser feitos de forma rápida e barata.

Possui genoma simples: Bactérias são ferramentas úteis em genética devido ao

tamanho do seu genoma. Células de E. coli possuem cerca de 4.400 genes,

enquanto que o projeto genoma humano determinou que os humanos têm

aproximadamente 30.000 genes. Por ser relativamente pequeno, os cientistas

conhecem a função de cada um dos genes presentes no genoma de E coli. Tais

informações, principalmente dos mecanismos de expressão, são importantes por

facilitar a utilização da bactéria em experimentos onde a expressão de proteínas

estranhas e seleção de recombinantes é essencial.

É capaz de hospedar DNA estranho: A E. coli é uma bactéria que é rapidamente

transformada com plasmídeos e outros vetores, facilmente passa por processos de

transdução e a preparação de células competentes (células aptas para carregar

DNA estranho) não é complicada. A transformação com outros microrganismos

geralmente não é bem sucedida.

Essa característica é essencial na biotecnologia, pois atualmente a E. coli é utilizada

para produção dos principais medicamentos recombinantes como insulina, hormônio

do crescimento, e até mesmo vacinas. Não somente na medicina, mas estudos têm

mostrado seu potencial energético através da produção de combustível renovável e

armazenamento de dados na área de bioinformática.

Um exemplo da aplicação da Escherichia coli na biotecnologia é na produção de

biodiesel através da biologia sintética. O diesel é uma mistura de hidrocarbonetos

de tamanhos e complexidades diferentes, derivado do fracionamento do petróleo.

Uma parceria da Shell com a Universidade de Exeter (Inglaterra) gerou uma

alternativa interessante para a produção de diesel. Utilizando biologia sintética e

técnicas de biologia molecular, os pesquisadores introduziram genes de diferentes

organismos capazes de codificar enzimas específicas e construir uma nova rota

metabólica na bactéria Escherichia coli para produzir biodiesel.

Leveduras

As leveduras, especialmente a Saccharomyces cerevisiae, têm sido amplamente exploradas na biotecnologia devido à sua versatilidade e facilidade de manipulação genética. Suas aplicações abrangem uma variedade de campos, desde a produção de produtos farmacêuticos até a bioenergia e a remediação ambiental.

Uma das aplicações mais proeminentes das leveduras na biotecnologia é na produção de proteínas recombinantes. A capacidade da Saccharomyces cerevisiae de secretar grandes quantidades de proteínas a partir de vetores de expressão heteróloga tem sido aproveitada na produção de uma ampla gama de produtos farmacêuticos, como insulina, hormônios de crescimento e vacinas contra hepatite B e HPV.

Além disso, as leveduras têm sido amplamente utilizadas na produção de biocombustíveis e bioquímicos. A capacidade fermentativa das leveduras permite a conversão eficiente de açúcares em etanol, que pode ser utilizado como combustível ou matéria-prima para a síntese de produtos químicos de valor agregado. A engenharia metabólica tem permitido a expansão do repertório metabólico das leveduras, possibilitando a produção de uma variedade de bioprodutos, como ácidos orgânicos, aminoácidos e bioplásticos.

Outra aplicação importante das leveduras é na remediação ambiental. Certas espécies de leveduras têm a capacidade de degradar compostos tóxicos, como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) e metais pesados, contribuindo para a descontaminação de solos e águas contaminadaslll.

Além disso, as leveduras têm sido fundamentais em avanços recentes na biotecnologia, como a edição de genomas. A S. cerevisiae tem sido utilizada como um sistema modelo para o desenvolvimento e a otimização de tecnologias de edição genômica, como CRISPR-Cas9, permitindo a modificação precisa do genoma para aplicações em pesquisa básica e aplicada.

Em suma, as leveduras desempenham um papel crucial na biotecnologia, oferecendo uma plataforma versátil e poderosa para uma ampla gama de aplicações. Seu potencial para inovação contínua e avanços tecnológicos faz delas um elemento-chave no campo da biotecnologia moderna.

Microalgas

As microalgas são amplamente utilizadas na biotecnologia por sua capacidade de

produzir uma variedade de compostos úteis, como biocombustíveis, antioxidantes,

pigmentos, ácidos graxos e proteínas. Algumas das espécies mais comuns utilizadas

incluem Chlorella, Spirulina, Haematococcus, e Dunaliella. Essas microalgas são

cultivadas em condições controladas para otimizar a produção dos compostos desejados.

Para este trabalho, realizei uma pesquisa aprofundada sobre a Spirulina, uma

cianobactéria filamentosa em forma de espiral, que tem sido reconhecida como uma

fonte promissora de recursos bioativos e é amplamente utilizada na biotecnologia

devido à sua capacidade de produzir uma ampla gama de compostos úteis. Desde a sua

descoberta como uma rica fonte de proteínas, vitaminas, minerais e antioxidantes, a

Spirulina tem sido explorada em diversas aplicações na indústria e na pesquisa

científica.

Um dos usos mais proeminentes da Spirulina na biotecnologia é a produção de

biocombustíveis. Devido à sua rápida taxa de crescimento, alta produtividade de

biomassa e capacidade de crescer em ambientes de água doce e salgada, a Spirulina tem

sido estudada como uma fonte alternativa para a produção de biocombustíveis, como

biodiesel e bioetanol. A conversão de biomassa de Spirulina em biocombustíveis

oferece uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis, reduzindo a dependência

de recursos não renováveis e mitigando os impactos ambientais adversos associados à

sua utilização.

Além disso, a Spirulina é uma fonte valiosa de compostos bioativos com propriedades

farmacêuticas e nutracêuticas. Sua riqueza em antioxidantes, como ficocianina e

carotenoides, tem despertado interesse na indústria farmacêutica devido ao seu potencial

na prevenção e tratamento de várias doenças, incluindo doenças cardiovasculares,

câncer e doenças neurodegenerativas. Além disso, a Spirulina tem sido estudada por

suas propriedades imunomoduladoras e anti-inflamatórias, sugerindo seu potencial no

fortalecimento do sistema imunológico e na promoção da saúde.

Outra aplicação importante da Spirulina é na indústria alimentícia. Devido ao seu alto

teor de proteínas, vitaminas e minerais essenciais, a Spirulina é frequentemente utilizada

como suplemento nutricional em produtos alimentícios, como barras energéticas,

smoothies, cápsulas e pós. Além disso, sua capacidade de produzir pigmentos naturais,

como a ficocianina azul e a clorofila verde, tem sido explorada na indústria de alimentos

como corantes naturais, substituindo corantes artificiais associados a preocupações com

a saúde.

Na agricultura, a Spirulina tem sido estudada como uma alternativa sustentável para a

suplementação de nutrientes em solos empobrecidos e na alimentação animal. Seu alto

teor de nitrogênio, fósforo, potássio e outros nutrientes essenciais a torna um fertilizante

orgânico valioso para melhorar a qualidade do solo e aumentar a produtividade das

culturas. Além disso, a inclusão de Spirulina na dieta animal pode melhorar o

desempenho nutricional e a saúde dos animais, reduzindo a necessidade de aditivos

químicos prejudiciais.

No campo da biotecnologia ambiental, a capacidade da Spirulina de remover poluentes

e metais pesados da água tem sido explorada para a descontaminação de águas residuais

industriais e a recuperação de ambientes aquáticos degradados. Sua habilidade de

absorver e bioacumular metais pesados, como chumbo, cádmio e mercúrio, torna-a uma

Nos últimos anos, muito interesse tem sido focado no potencial biotecnológico das microalgas, principalmente devido à identificação de diversas substâncias sintetizadas por estes organismos. As microalgas podem ser definidas e descritas como organismos unicelulares e microscópicos que chamam atenção por sua singularidade, apesar de serem organismos aquáticos são capazes de realizar fotossíntese mas não são consideradas plantas.

As microalgas possuem grande importância, tanto biológica, quanto ecológica e econômica. O fato de constituírem-se em produtores primários atribui às algas a importância ecológica na medida em que estas sustentam a vida nos mares e oceanos. Desempenhando, assim, um papel ecológico fundamental na manutenção destes ecossistemas.

A imensa biodiversidade na composição obtida das culturas microalgas , vêm permitindo que determinadas espécies sejam comercialmente utilizadas. Nesse sentido, cultivos de microalgas têm sido realizados visando à produção de biomassa tanto para uso na elaboração de alimentos quanto para a obtenção de compostos naturais. Os quais podem ser empregados especialmente no desenvolvimento de alimentos funcionais, por suas propriedades nutricionais e farmacêuticas.

Um exemplo dessas Microalgas, encontrada em água doce é a super rica em nutrientes, Chlorella, que é considerada um superalimento, por conta da composição rica em vitaminas e minerais. A microalga é normalmente usada como um suplemento, podendo ser indicada para fortalecer o sistema imunológico, contribuir para diminuir os níveis de colesterol e açúcar no sangue e regular a pressão alta. Além disso, a chlorella também é indicada para pessoas que seguem o estilo de alimentação vegetariana e vegana, pois é rica em proteínas e, por ser um ótimo antioxidante, é recomendada em dietas para desintoxicar o fígado. Ela mantém a massa muscular, previne anemia, evita doenças cardiovasculares, controla diabetes, estimula o sistema imune e muitos outros

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História

A história da biotecnologia é a junção da história de ciências já consolidadas, como biologia, química, bioquímica, microbiologia, etc. Isso é devido ao fato do termo biotecnologia ser uma palavra-valise para todas as ciências, devido ao ser caráter amorfo e de marketing. Tenta-se passar como tradicional um termo com menos de quarenta anos de existência. A biotecnologia não está limitada a aplicações na área médica e de saúde. (ao contrário da engenharia biomédica, que inclui muita biotecnologia). Embora não seja normalmente considerada como biotecnologia, a agricultura claramente se encaixa na definição ampla de "usar um sistema biotecnológico para fazer produtos" de tal forma que o cultivo de plantas pode ser visto como o primeiro empreendimento de biotecnologia. As teorias têm considerado que a agricultura tornou-se a forma dominante de produção de alimentos desde a Revolução Neolítica.

Em sua primeira fase, a biotecnologia clássica, ocorreu a utilização de organismos vivos da forma como são encontrados na natureza e refinados por outras ciências mecânicas e biológicas, a exemplo de técnicas de melhoramento convencional por simples observação ou por estatística. Através dos primórdios da biotecnologia, os agricultores foram capazes de selecionar as melhores culturas adequadas, tendo os maiores rendimentos, para produzir alimentos suficientes para sustentar uma população crescente. Outros usos da biotecnologia foram necessários quando as culturas e os campos tornaram-se cada vez maiores e difíceis de manter. Organismos específicos e subprodutos de organismos foram utilizados para fertilizante, restauração de nitrogênio e controle de pragas. Durante o uso da agricultura, os agricultores têm, inadvertidamente, alterado a genética de suas culturas ao introduzi-las a novos ambientes e cultivando-as artificialmente com outras plantas (seleção artificial), uma das primeiras formas de biotecnologia.

Escultura, do século V a.C., representando uma mulher preparando massa de pão (Coleções Estatais de Antiguidades, Munique, Alemanha).

Culturas como as da Mesopotâmia, Egito e Índia desenvolveram o processo de fabricação de cerveja. É ainda feito pelo mesmo método básico de usar grãos maltados (contendo enzimas) para converter o amido de grãos em açúcar e em seguida, adicionando leveduras específicas para produzir cerveja. Neste processo, os carboidratos dos grãos são quebrados em álcoois tais como etanol. Mais tarde outras culturas produziram o processo de fermentação lática que permitiu a fermentação e preservação de outras formas de alimentos. A fermentação também foi utilizada nesta época para produzir pão levedado. Embora o processo de fermentação não foi totalmente compreendido até o trabalho de Louis Pasteur em 1857, ainda é a primeira utilização da biotecnologia para converter uma fonte de alimento em outra forma. Esse processo de uso de micro-organismos como agentes fermentadores, pode ser definido como biotecnologia clássica, embora nesse período o termo biotecnologia ainda não era utilizado.

No início do século XX os cientistas obtiveram uma maior compreensão da microbiologia e exploraram formas de fabricação de produtos específicos. Em 1917, Chaim Weizmann usou pela primeira vez uma cultura microbiológica pura em um processo industrial, o da fabricação de amido de milho com Clostridium acetobutylicum, para produzir acetona, que o Reino Unido desesperadamente precisava para a fabricação de explosivos durante a Primeira Guerra Mundial. Mais tarde em 1919 o engenheiro agrônomo e hungáro Károly Ereky define e usa o termo biotecnologia, quando necessitava de um cultivo maior de plantas para alimentar as plantas em larga escala porcos, ele cultivou beterrabas com micro-organismos, desfrutando então de uma técnica da biotecnologia.

A biotecnologia também levou ao desenvolvimento de antibióticos. Em 1928, Alexander Fleming descobriu o fungo Penicillium. Seu trabalho levou à purificação do antibiótico penicilina por Howard Florey, Ernst Boris Chain e Norman Heatley. Em 1940, a penicilina tornou-se disponível para uso medicinal para o tratamento de infecções bacterianas em seres humanos.

Considera-se que o campo da biotecnologia moderna tenha começado em grande parte em 16 de junho de 1980, quando a Suprema Corte dos EUA determinou que um micro-organismo geneticamente modificado poderia ser patenteado no caso Diamond vs Chakrabarty. Ananda Mohan Chakrabarty, nascido na Índia, trabalhando para a General Electric, tinha desenvolvido uma bactéria (derivada do gênero Pseudomonas) capaz de quebrar o petróleo bruto, o qual ele propôs utilizar no tratamento de derramamentos de petróleo.

Estimava-se que a receita do setor deveria crescer 12,9% em 2008. Outro fator que influencia o sucesso do setor de biotecnologia é o aperfeiçoamento da legislação sobre direitos de propriedade intelectual, incluindo aplicação de sanções, em nível mundial, assim como uma reforçada demanda por produtos médicos e farmacêuticos para lidar com a população norte-americana doente e envelhecida.

A crescente demanda por biocombustíveis tende a ser uma boa notícia para o setor de biotecnologia. O Departamento de Energia dos Estados Unidos estima que o uso do etanol nos Estados Unidos poderia reduzir o consumo de combustíveis derivados do petróleo em 30% por volta de 2030. O setor de biotecnologia permitiu que o setor agrícola dos EUA aumentasse rapidamente o fornecimento de milho e soja - os principais insumos dos biocombustíveis - através do desenvolvimento de sementes geneticamente modificadas que são resistentes a secas e pragas.

Diagrama 1: Base da segunda fase da biotecnologia: o relacionamento entre genética, biologia molecular e bioquímica

Ao aumentar a produtividade agrícola, a biotecnologia tem um papel crucial na garantia de que as metas de produção de biocombustíveis sejam cumpridas. Antes dos anos 1970, o termo biotecnologia era utilizado principalmente na indústria de processamento de alimentos e na agroindústria.

A partir dessa época, inicia-se a segunda fase da biotecnologia, baseada no enorme sucesso da tecnologia de DNA recombinante e da biologia molecular, a exemplo do diagrama 1.

A primeira utilização comercial da segunda fase da biotecnologia e da tecnologia do DNA recombinante foi em 1982, onde a empresa Genentech produziu a insulina humana para o tratamento de diabetes. Sendo que para fornecer a insulina em quantidades necessárias, a insulina humana foi isolada e transferida para uma bactéria, o que foi uma prova concreta que biotecnologia utiliza organismos vivos ou parte deles. A partir do final dos anos 2000, a biotecnologia entra em sua terceira fase, no qual se busca escapar da predominância das tecnologias derivadas da biologia molecular para gerar novas tecnologias baseadas em outros conhecimentos biológicos, tais como células tronco e cultura de tecidos.

Nesta fase, a biotecnologia também amplia a sua interação com a tecnologia para além das tradicionais tecnologias fornecidas pela engenharia industrial, assimilando tecnologias de robótica, automação, informática, tecnologias sociais dentre outras (Diagrama 2). Realmente, o termo deveria ser empregado em um sentido muito mais amplo para descrever uma completa gama de métodos, tanto antigos quanto modernos, usados para manipular organismos visando atender às exigências humanas. Assim, o termo pode também ser definido como, "a aplicação de conhecimento nativo e/ou científico para o gerenciamento de (partes de) microorganismos, ou de células e tecidos de organismos superiores, de forma que estes forneçam bens e serviços para uso dos seres humanos.

Há muita discussão — e dinheiro — investidos em biotecnologia, com a esperança de que surjam tecnologias, produtos e uma indústria nova e forte capaz de gerar empregos e movimentar a economia. Todavia, a biotecnologia apresenta inúmeras dificuldades na concretização dessa esperança e investidores e governos tendem a olhar com mais cautela os seus avanços e realizações. Recentes produtos como drogas baseadas em anticorpos monoclonais, tais como o Avastin da Genentech, sugerem que a biotecnologia pode finalmente ter encontrado um papel a desempenhar nas vendas farmacêuticas.

A Biotecnologia, por possuir o caráter de aplicar tecnologicamente a vida, tem causado polêmicas e discussões de ordem éticas, religiosas e morais que podem interferir nesse processo, por se tratar de estudos e tecnologias novos que rompe os costumes da sociedade.

Em função da amplitude da definição e por tentar ser um guarda chuva para inúmeras disciplinas já consolidadas, admite-se um carácter de marketing e de algo amorfo, sem identidade, á biotecnologia, o que vem dificultando o seu pleno entendimento pela sociedade.

Em sua fase 2, a biotecnologia se tornou muito focada e dependente de suas aplicações moleculares, levando a uma quase simbiose de contextos e significados com processos fermentativos, biologia molecular e bioquímica. De fato a biotecnologia não é, não pode e nem deve se limitar ao nível molecular, conforme as definições utilizadas pela ONU e novas biotecnologias surgidas como controle biológico, reprodução in vitro e terapia celular.

Como impactos positivos podemos citar o caso dos alimentos transgênicos, que produzidos em larga escala podem acabar com a fome no mundo. Por outro lado, alimentos transgênicos apesar de inovador e eficaz, podem causar alergias nas pessoas que os consomem e estão no centro das mais controversas discussões sobre ética e impacto ambiental referentes a biotecnologia. O uso de biorremediação para eliminar e controlar contaminação dos ambientes pode ser considerado também um impacto positivo. Além dos grandes medicamentos e técnicas novas que surgem para o tratamento de doenças. Já como um fator negativo para o uso da biotecnologia, podemos citar a alta utilização de agrotóxico e fertilizantes inorgânicos, a interferência no equilíbrio da natureza, criação de sementes que podem ser inférteis por serem geneticamente modificadas. Também contamos com a possibilidade de ter alimentos mais nutritivos e com diversas propriedades.

Ramos de Aplicação

Um robô humanoide é um robô cuja aparência global é baseada na aparência do corpo humano, permitindo sua interação com ferramentas e ambientes feitos para uso humano, um exemplo de biomimética.

A biotecnologia tem aplicações em grandes áreas de importância econômica, principalmente na medicina (humana e veterinária), agronomia, indústria e meio ambiente, dentre outros. A classificação dos vários ramos da biotecnologia tem utilizado um código de cor relacionado muitas vezes ao tema abordado.

• Medicina (Biotecnologia vermelha): está relacionada aos processos médicos e de saúde-doença, tanto humana quanto veterinária, principalmente nos ramos da reprodução artificial, novas terapias e novos métodos de diagnóstico. Aplica-se técnicas avançadas da genética, imunologia, fisiologia, biofísica, biologia molecular, células tronco, oncobiologia, neurobiologia dentre outras ciências biológicas para novas terapias e diagnósticos, como terapia celular, terapia gênica e manipulação cromossômica, novos anticorpos, análise citogenética e diagnóstico molecular. Na reprodução artificial envolve: cultivo in vitro de células, órgãos e tecidos animais, inseminação artificial. Através da interação com a engenharia mecânica, biofísica, eletroeletrônica e engenharia de materiais é possível a construção de órteses, próteses, biomateriais para enxertos, biossensores e equipamentos de diagnóstico médico (como eletroencefalograma). A cor vermelha é associada em função da cor do sangue.
• Ciências ômicas e bioinformática (Biotecnologia dourada): Está relacionado a bioprospecção de novas funcionalidades biológicas economicamente interessantes e ao entendimento do funcionamento molecular dos seres vivos, trabalhando com os conceitos de genômica, proteômica, transcriptômica, metabolômica, sequenciamentos e mapeamento de relações entre moléculas e funções biológicas;
• Genética: é uma área da biologia que estuda os mecanismos da hereditariedade ou herança biológica. Para estudar as formas de transmissão das informações genéticas nos indivíduos e populações, existem várias áreas de conhecimento que se relacionam com a genética clássica como a biologia molecular, a ecologia, a evolução e mais recentemente se destaca a genômica, em que se utiliza a bioinformática para o tratamento de dados. Considera-se que essa ciência iniciou-se com os experimentos e leis propostas por um monge chamado Gregor Mendel, em um trabalho publicado em 1866. O avanço da Genética modificou completamente o mundo atual, tornando possível, por exemplo, criar clones, alimentos transgênicos resistentes às pragas, realizar testes de paternidade e solucionar crimes, mapear doenças e realizar aconselhamento genético.
• Indústria (Biotecnologia branca): é a biotecnologia aplicada a processos industriais estando relacionado a obtenção de matérias primas reaproveitáveis, processos enzimáticos e fermentativos, biorreatores para microrganismos, plantas, animais e células como biorreatores (sistemas de produção). São exemplos a produção de imunobiológicos, alimentos, biocombustíveis, compostos bioquímicos, vacina, fármacos, cosméticos, tratamento de efluentes e águas.
• Agronomia (Biotecnologia verde): está relacionada aos processos de saúde-doença de plantas, produção mais sustentável de baixa agressão e com baixa agressão ao meio ambiente e ao melhoramento da produção vegetal e das características nutricionais, principalmente nos ramos da reprodução artificial e cuidados com sementes, interação planta-patógeno e planta-inseto, melhoramento genético e transgenia.
• Ambiental (Biotecnologia cinza): está relacionado a processos e cuidados com a preservação do meio ambiente e biodiversidade, principalmente biodiversidade genética. Envolve tópicos como a construção de banco de materiais genéticos, banco de células e organismos, monitoramento da biodiversidade e do meio ambiente, caracterização genética e biomolecular (ômicas), manejo e conservação da biodiversidade e de ecossistemas; Habitats, biomas, evolução, cuidados com solos e águas, biorremediação etc...
• Bioprospecção em biomas pouco explorados (Biotecnologias azul e marrom): bioprospecção de seres vivos e suas partes nos biomas marinho (biotecnologia azul) e desértico (biotecnologia marrom) que oferecem condições de habitat diferenciadas.
• Divulgação Científica e ensino (Biotecnologia laranja): tem como objetivo disseminar a biotecnologia e a formação nesta área. Ela desenvolve materiais e estratégias educacionais para dar acesso as informações sobre temas de biotecnologia. Ela ainda busca estimular, identificar e atrair pessoas com vocação científica para a área de biotecnologia.
• Bioética e questões legais e de regulamentação (biotecnologia roxa): Aborda questões relacionadas ao biodireito, bioética, proteção intelectual e industrial, regulamentações e bioempreendedorismo.

O investimento e produção econômica de todos esses tipos de biotecnologia é denominado como "bioeconomia".

Profissão

Os profissionais que trabalham na área de biotecnologia possuem formação universitária variada entre as quais pode-se citar a de geneticista, astrobiologia, biólogo, biomédico, médico, bioquímico, agrônomo, engenharia celular, veterinário, analista de sistemas, engenheiros molecular, zootecnista, farmacêutico. Geralmente são pós-graduados, após três ou quatro anos de exercício profissional, sob supervisão ocasional de profissional experimentado na área de biotecnologia. Cada um destes profissionais tais como (biólogo, bioquímico, biomédico, químico, farmacêutico, etc...), possui seu próprio conjunto de regulamentações/legislações para atuação na área de biotecnologia, chancelados pelos respectivos conselhos profissionais (ou ordem profissional, no caso de Portugal) e de acordo com o currículo efetivamente cursado/realizado, ou a pós graduações cursadas ou à experiência profissional na área. No Brasil, cerca de 50% das melhores startups de biotecnologia são chefiadas por bacharéis em ciências biológicas, ou seja, são biólogos.

De fato, A Classificação Brasileira de Ocupações do Ministério do Trabalho (CBO), que indica a família de ocupações 2011-Profissionais da biotecnologia com três ocupações (bioengenheiro, biotecnologista e geneticista), uma das profissões mais importantes do pais, não discrimina quais profissionais ou diplomas são requeridos para exercer a biotecnologia no país, não cabendo a exclusividade de atuação para este ou aquele profissional: ''Por tratar-se de área multidisciplinar, as formações que dão acesso à profissão são variadas, tais como ramos de engenharia que atuam na fabricação de equipamentos e na produção de materiais, biologia, medicina, bioquímica, agronomia, veterinária, zootecnia, dentre outras.''. Desta mesma forma, órgãos oficiais do governo brasileiro, tal qual a CTNBio (Comissão Técnica Nacional de Biossegurança), para biossegurança e organismos geneticamente modificados, também possuem composição multiprofissional. A própria Política Nacional de Biotecnologia do Brasil, instituída em 2007, no seu item 3.2.2, indica que são necessários esforços em termos de recursos humanos do ensino fundamental até a pós-graduação em ciências da vida, como um todo, (isto é, de forma multiprofissional e não especificamente voltado a uma única profissão), para que a biotecnologia possa se desenvolver no país.

Com base nisto tem-se que os profissionais em biotecnologia, no Brasil, são capacitados para desenvolver dispositivos biológicos e produtos derivados destes, manipulam material genético, sintetizando sequências de DNA, construindo vetores, modificando genes in vivo e in vitro, manipulando expressão gênica e gerando organismos geneticamente modificados. Analisam genoma, sequenciando-o, identificando genes e marcadores genéticos; aplicam técnicas de reprodução e multiplicação de organismos; produzem compostos biológicos e desenvolvem equipamentos, dispositivos e processos de uso biotecnológico. Este profissional pode atuar em biossegurança, produção de vacinas, desenvolvimento de métodos de diagnóstico, inseminação artificial, bioinformática, biochips, bioética, virologia, redes neurais e construção de equipamentos biomédicos, desenvolvimento de biofármacos, engenharia genética e de tecidos (edição de genoma), biologia molecular, em clonagem, terapia genética, transferência de embriões, biomateriais, genoma, proteoma, biomecânica e biodisponibilidade, polímeros biodegradáveis, nanotecnologia, bioeletricidade.

No Brasil, além da CBO, outros documentos versam sobre as atividades daqueles que laboram em biotecnologia, entre os quais a Resolução CFBio 517/2019 e projetos pedagógicos de graduações envolvidas na área de biotecnologia, em especial de cursos de biologia e de biotecnologia (graduação). Entretanto, parece ser consensual que os profissionais relacionados a área de biotecnologia irão atuar com base em conhecimentos sistêmicos, multidisciplinares e em equipes multiprofissionais com os seguintes conhecimentos:

1) Entendimento do funcionamento dos seres vivos. Contempla as bases científicas para o entendimento dos seres vivos em todos os seus níveis (molecular, celular, morfofisiológico e patológico, ecológico e biodiversidade, reprodução e genética). Sem este conhecimento de base é impossível ao profissional da biotecnologia cumprir sua função profissional de manipular seres vivos visando a produção de riqueza econômica e geração de novas tecnologias.

• Estrutura dos seres vivos: ciências morfológicas (biologia celular, histologia), fisiologia, genética, biologia molecular e bioquímica, genética e evolução, microbiologia e parasitologia. Visa fornecer visão ampla sobre a organização e interações biológicas, construída a partir do estudo da estrutura molecular e celular, função e mecanismos fisiológicos da regulação em modelos eucariontes, procariontes e de partículas virais, e compreensão dos mecanismos de transmissão da informação genética, em nível molecular, celular e evolutivo.
• Diversidade biológica: Zoologia, Botânica, Microbiologia e Parasitologia. Visa fornecer conhecimentos sobre a classificação, filogenia, organização, biogeografia, etologia, fisiologia e estratégias adaptativas morfo-funcionais dos seres vivos.
• Ecologia: Ecologia, Conservação e Manejo, Gestão ambiental, biogeografia. Demonstra as relações entre os seres vivos e destes com o ambiente ao longo do tempo geológico. Conhecimento da dinâmica das populações, comunidades e ecossistemas, da conservação e manejo da fauna e flora e da relação saúde, educação e ambiente.
• Fundamentos de ciências exatas e da terra: Conhecimentos matemáticos, físicos, químicos, estatísticos, biofísicos e outros fundamentais para o entendimento dos processos e padrões biológicos.

2) Manipulação dos seres vivos e suas partes visando a produção de riqueza econômica: Contempla os conhecimentos de biologia aplicada de tal forma a gerar novas tecnologias inovadoras ou executa-las em ambientes produtivos, tais como:

• Reprodução artificial de seres vivos ou de suas partes: Cultivo de células in vitro, órgãos e tecidos de vegetais, animais, micróbios e/ou de suas partes de interesse econômico. Pode ou não envolver clonagem, células-tronco e produção de OGMs;
• Melhoramento genético: visa conferir novas características ou aprimorar características já existentes em espécies animais, vegetais e microbiológicas de interesse econômico, seja por métodos convencionais, por transgenia e engenharia genética (OGMs) ou por tecnologias inovadoras de melhoramento de precisão (TIMPs).
• Cuidados com a biodiversidade e meio ambiente: Construção de banco de materiais genéticos, banco de células e organismos, monitoramento da biodiversidade e do meio ambiente, caracterização genética e biomolecular (ômicas), manejo e conservação da biodiversidade e de ecossistemas; Habitats, e Biomas brasileiros, evolução, cuidados com solos e águas, biorremediação
• Ciências ômicas e bioprospeção: Conceitos de genômica, proteômica, transcriptômica, metabolômica. conceito e estratégias para o sequenciamentos e relações entre moléculas e funções biológicas; bioprospecção de novas funcionalidades biológicas economicamente interessantes.
• Novas terapias e diagnósticos in vitro: Utilização de técnicas avançadas da genética, imunologia, biologia molecular, células tronco, oncobiologia, neurobiologia para novas terapias e diagnósticos, como terapia celular, terapia gênica, novos anticorpos, citogenética e manipulação gênica.
• Novas abordagens na produção agropecuária: utilização de técnicas avançadas de genética, biologia molecular, fisiologia vegetal e animal aplicados a cada etapa da produção agropecuária. Potencialmente podem ser utilizados com modernas técnicas da biofísica e interações com dispositivos tecnológicos, como biossensores e equipamentos industriais.
• Bioprocessos de produção industrial: visa a utilização do metabolismo dos seres vivos (processos fermentativos e enzimáticos) para a produção de imunobiológicos, alimentos, biocombustíveis, compostos bioquímicos, tratamento de efluentes, resíduos e poluentes (biorremediação);
• Controle biológico de pragas e doenças de animais e plantas, interação planta-patógeno, animal-patógeno
• Biomateriais e dispositivos tecnológicos: através da interação com a engenharia mecânica, biofísica, eletroeletrônica e engenharia de materiais é possível a construção de órteses, próteses, biomateriais para enxertos, biossensores, biorreatores e equipamentos de diagnóstico médico (como eletroencefalograma), novos equipamentos voltados a produção agropecuária.

3) Fundamentos filosóficos e sociais:: Reflexão e discussão dos aspectos éticos,legais e econômicos relacionados da biotecnologia. Conhecimentos básicos de: Filosofia e Metodologia da Ciência, Sociologia, Economia, Antropologia, Empreendedorismo, Inovação, Proteção intelectual, Bioética, para dar suporte à sua atuação profissional na sociedade, com a consciência de seu papel na formação de cidadãos.

Diferenças para outras profissões

A biotecnologia pode ser vista como um fim em si ou como uma ferramenta para diversas outras profissões:

• Biotecnologia: A Biotecnologia é vista como um fim em si. Tem como foco na transformação das diversas ciências biológicas em tecnologia e na combinação de diferentes tecnologias com as diferentes ciências biológicas.
• Biologia: O Biólogo pode ver a biotecnologia como um fim em si ou como uma ferramenta no estudo. Geralmente os cursos de biologia possuem uma visão de preservação e descrição da natureza, embora seja crescente nestes cursos a visão de transformação das ciências biológicas em riqueza econômica através do seu uso tecnológico ou combinação com tecnologias, fato reconhecido no Brasil pelo CFBio e pela constante abertura de empresas de biotecnologia com biológos em seu comando.
• Biomedicina: A biotecnologia é ferramenta para este profissional da saúde tanto na pesquisa biomédica quanto em sua atuação profissional, principalmente, nas análises clínicas, genéticas e moleculares. Ademais, podem atuar na pesquisa, produção e controle e qualidade de produtos obtidos por biotecnologia, normalmente voltados para diagnóstico (reagentes e "kits") ou tratamento (biofármacos, vacinas, vitaminas, etc.) da saúde humana. Portanto, para o Biomédico, o foco é olhar os diversos ramos das biociências voltadas para saúde e a interação humanas com o meio ambiente, envolvendo a biotecnologia ou não.
• Profissões de origem biológica (Medicina, Veterinária, Agronomia, Zootecnia, Odontologia, Nutrição etc..): A biotecnologia é uma ferramenta.
• Profissões de origem química (Química, Bioquímica, Engenharia química, Engenharia de Alimentos): A Biotecnologia é uma ferramenta para essas profissões e nesse caso está muito ligado as suas vertentes mais próximas da bioquímica e biologia molecular tais como processos fermentativos e enzimáticos de transformação da matéria.
• Profissões tecnológicas e de informática: A biotecnologia é vista com um caso de estudo e aplicação entre inúmeros outros possíveis.

Ver também

• Arquitetura biónica
• Bioengenharia
• Biofísica
• Biomimética
• Bioquímica
• Biotecnologia medicinal

• Engenharia biológica
• Engenharia biomédica
• Engenharia de bioprocessos
• Engenharia metabólica
• Física Biológica
• Física médica

• História da genética
• Indústria farmacêutica
• Química medicinal
• Química
• Revolução verde
• Tecnologias emergentes

Ligações externas

• Conselho de Informações sobre Biotecnologia
• Biotecnologia explicada aos jovens
• Sociedade Brasileira de Biotecnologia