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Universidade Estadual do Ceará
A Biotecnologia e a pesquisa cearense
Prof. Dr. Luis Flávio Mendes Saraiva
Fortaleza-CE2016
Biotecnologia…o que é?Não existe uma definição exata para
biotecnologia, mas podemos resumircomo sendo a utilização comercial decomposto, substância ou derivado destes,obtido por meio do uso integrado detécnicas de identificação, isolamento eaplicação de produtos de origembiológica.
Alguns marcos históricos no avanço científico e tecnológico da Biotecnologia.
Período Acontecimento 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) 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 1973 início da engenharia genética 1982 insulina humana é produzida
A dinâmica da Biotecnologia
Observando o esquema acima, pode-se concluir que todo e qualquer resultadoalcançado em biotecnologia é fruto de uma integração de conhecimentos de diversasáreas. Essa união de esforços é crucial para a otimização de resultados.
Em que momento o mundo “acordou” para a biotecnologia?Resp.: quando a informática foi somada gerando a bioinformática.
Como nasceu a biotecnologia?Convergência de ciências
Herman Hollerith (1860-1929) Gregor Johann Mendel (1822-1884)
ENIAC (Electrical NumericalIntegrator and Computer)
30 toneladas160 m2
5.000 cálculos/segundo200 k memória
1946 1953
Primeira “bioinformata”
Margaret Dayhoff's- Atuação
Fisico químicaBioquímicaBiofísica
“Atlas of Protein Sequences”1965
Protein Information ResourceGenebank
Apple Microsoft
1970 – Algoritmo de Needleman-Wunsch –
comparação entreSeqüências,
1977- Desenvolvimento de programas para a análise de
sequências de DNA-(R.Staden)
Década de 70
Primeiros passos da biotecnologia
Jackson, D.A., Symons, R.H. & Berg, P. Biochemical method for inserting new genetic information into DNA of simian virus 40: Circular SV40 DNA molecules containing lambda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli.Proc Nat Acad Sci
USA69, 2904-2909 (October 1972).
Em 1980, Paul Berg dividiu o Prêmio Nobel deQuímica com Walter Gilbert Frederick Sanger,por seus estudos fundamentais sobre abioquímica de ácidos nucléicos, em particulardo DNA recombinante’.
1972- Paul Berg: Primeira molécula recombinanteoriginando a Tecnologia do DNA Recombinante
Primeiros passos da biotecnologia
1976 – Robert Swanson andHerber Boyer:Primeira empresa de basebiotecnológica
1977-Produção da primeira proteína humana (somatostatina) em um hospedeiro microbiano (E.coli);
1978 - Clonagem da insulina humana;
1979 - Clonagem do hormônio de crescimento humano;
1982- Primeira droga recombinante lançada no mercado (insulina humana);
1982- Produção laboratorial do fator de coagulação VIII
Primeiros passos da biotecnologia1980 - Kary Mullis – Reação da polimerase em cadeia.
1987 Mullis and Faloona Saiki et al. (Science)Primer-Directed Enzymatic Amplification of DNA with a Thermostable DNA Polymerase
Primeiros passos da biotecnologia1986 -Sequenciador Automático de DNA (Leroy Hood)
1987 -Cientistas da DuPontdesenvolvem um sistema desequenciamento rápido de DNA pelométodo de Sanger com fluoróforosmarcados.
1987 -Applied Biosystems constrói oprimeiro sequenciador automáticobaseado na tecnologia de Leroy Hood
1981 – Desenvolvimento do algoritmo de Smith-Waterman;
1982 – Publicação do Release 3 do GenBank;
1982- EMBL e GenBank iniciaram uma cooperação internacional, convidando o Japão a participar.
1983 – Algoritmo de busca de sequências em bancos de dados - Wilbur Lipman;
1984- É criado no NIG o DDBJ;
1985 – Comparação rápida de sequências - FASTAP/FASTAN;
1988 – Criação do National Center for Biotechnology Information (NCBI);
1988 – Rede EMBnet para distribuição de bancos de dados;
1990 –Método mais rápido de comparação de sequências -BLAST;
1993 – Criação do Sanger Center, Hinxton, UK;
1994 – Criação do EMBL European Bioinformatics Institute
Primeiros passos da biotecnologia
Aplicações dos achadosAplicações
Análise de estruturas
Análise de sequências
Análise de funções
Predição de estruturas de proteínas
Classificação da estrutura de proteínas
Comparação da estrutura de proteínas
Predição de estruturas de ácidos nucléicos
Comparação de genomas
Busca em bancos de dados Alinhamento de sequências
Predição de genes e promotores
Filogenia
Modelamento de caminhos metabólicos
Expressão de genes
Predição de interação entre proteínas
Predição da localização subcelular de proteínas
Desenvolvimento de software e criação de bancos de dados
1991 -J.CraigVenter “Expressed Sequence Tags”
Adams, M.D., Kelley, J.M., Gocayne, J.D., Dubnick, M., Polymeropoulos, M.H., Xiao, H., Merril, C.R., Wu, A., Olde, B., Moreno, R., Kerlavage, A.R., McCombie, W.R., andVenter, J.C. Complementary DNA sequencing: "expressedsequence tags"and the human genome project. Science252, 1651-1656 (1991).
Avanços promovidos pela biotecnologia
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
MEDICINA 01- VACINA DA HEPATITE b VIA TRANSGENIA
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
MEDICINA 02- TERAPIA GÊNICA NA CURA DE DOENÇAS
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
AGRICULTURA 01- Controle biológico de pragas
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
AGRICULTURA 02- Controle biológico de pragas
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
AGRICULTURA 03- Os tópicos abaixo anunciam as principais soluções biotecnológicas disponíveis para a agricultura hoje:I. Correção de solosEnriquecimento do solo com microorganismos benéficos que estabelecem relações simbióticas com as raízes das plantas resultando em:-Proteção contra doenças-Promoção do crescimento de raízes-Quebra de cadeias químicas disponibilizando nutrientes para as plantasII. Nutrição de plantas-Fixação de nitrogênio em leguminosas e gramíneas (inoculantes)-Aumento de nutrientes em fertilizantes de origem vegetal-Aceleração da decomposição de resíduos vegetaisIII. Prevenção e Controle de Pragas e DoençasOs defensivos biológicos baseados em microorganismos possibilitam o controle das seguintes pragas e doenças:-Lagartas-Coleópteros-Percevejos-Mosca-branca-Nematóides-Tripes-Rhizoctonia solanii-Phitium spp.-Fusarium spp.-OídioIV. Bioremediação-Eliminação de sais-Redução de metais pesados-Redução de contaminações por hidrocarbonetos-Reflorestamento
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
AGRICULTURA 04- ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS (OGMs)
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
INDUSTRIA 01- Obtenção de biocombustível oriundo de algas
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
INDUSTRIA 02- Evolução da indústria farmacêutica
FICÇÃO X REALIDADE
Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:
Engenharia civil Estudos indicam que a combinação de resistência e ductilidade extrema dão à seda das aranhas uma resistência à tensão superior à dos melhores aços. Entretanto isso não explicava como as teias conseguem resistir a cargas extremas como os ventos dos furacões e tornados.
FICÇÃO X REALIDADE
O Brasil possui estrutura para acompanhar tais avanços?
O LNLS possui um acelerador departículas (um síncrotron) usadocomo fonte de luz sendo opioneiro desse gênerono Hemisfério Sul, projetado econstruído no Brasil.
A Biotecnologia e o estado do Ceará?(pesquisa)
Setor de biotecnologia agrícolaEmbrapaEpace (extinta)UFCUniforUVAURCAUECESetor de biotecnologia fármacológica e imunoterápicaUFCUNIFORUECE
Principais cursos de Biotecnologiaem funcionamento no Ceará
Graduação: Bacharelado em Biotecnologia, UFC; DBBM, Departamento de Química e Departamento de Biologia. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular UFC - Biofísica (S2) - Bioquímica I (S2) - Tópicos em Biotecnologia II (S2) - Computação Aplicada (S3) - Enzimologia (S4) - Técnicas de Biologia Molecular (S5) - Biotecnologia Ambiental (S5) - Cultura de Tecidos e Biofábricas (S6) - Transformação Genética de Plantas (S6) - Bioinformática (S6)
DBBM - Laboratório de Práticas N1 –Térreo Área: 49,53 m2
Capacidade: 20 alunos Itens de suporte didático: Quadro branco, data show, mesa de apoio Equipamentos disponíveis para realização de práticas Balança analítica (10 mg a 210 g)/Banho Maria (temperatura máxima: 90 ºC) Centrífuga de bancada para tubos sem refrigeração (rotação máxima: 4.000 x g ) Destilador de água/Espectrofotômetro UV/Vis Micro-centrífuga de bancada sem refrigeração (rotação máxima: 4.000 x g) Microscópios ópticos (aumento total máximo de 1.000x)/Microscópios estereoscópicos (lupas) -aumento máximo de 48x pHmetro
DBBM - Laboratório de Práticas N2 - Piso superior Área: 46,74 m2, Capacidade: 25 alunos Itens de suporte didático: Quadro branco, data show, mesa de apoio Equipamento Agitador de tubos (Vortex)/Câmera climática (BOD) Câmera de fluxo laminar/Centrífuga refrigerada (velocidade máxima 4.000 x g) Cuba horizontal para eletroforese de DNA/RNA/Cuba vertical para eletroforese 2D Eletroporador Modelo Eppendorf 2510/Espectrofotômetro UV/VIS Estufa microprocessada para cultura bacteriológica – temperatura máxima: 60 ºC Freezer vertical/Geladeira duplex Micro-centrífuga de bancada (sem refrigeração) – rotação máxima: 4.000 x g/Micro-centrífuga de bancada para tubos de
ensaio sem refrigeração – rotação máxima: 4.000 x g Microscópio óptico – aumento máximo de 1000 x Micropipeta - 10 µl, 100 µl, 1000 µl, 2 µl, 5000 µl Sonicador, pHmetro Termociclador (Marca Amplitherm)
Departamento de Biologia UFC - Biologia Celular Geral (S1) - Filogenia de Angiospermas (S2) - Zoologia Básica (S2) - Anatomia de Espermatófitas (S3) - Microbiologia Básica (S3)
Departamento de Química UFC Sistema termoanálise DSC-50, DTA-50 e TGA-50 Shimadzu e um outro da Perkin Elmer Espectrofotômetros UV-Visivel Hitachi U2000, Hewllet Packard 8453, Cary 5000 UV-vis-NIR Stopped-flow (Applied Photophysics) com detectores de arranjo de diodos, fluorescência e fluorescência polarizada Sistemas Cromatográficos HPLC Shimadzu com detector diode array, modelo SPD-M10A, com módulo
comunicador, modelo CBM 10A, coluna fase reversa C18, e detector de massa Shimadzu, MS2010 Sistemas Eletroquímico da Bionalytical Systems BAS-100W, Microquímica, Autolab (Methrohm) Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) (Metrohm) Microbalança de Quartzo (Metrohm) Sistema cromatográfico Shimadzu (GPC) Espectrofotômetro de Fluorescência Hitachi F-4500, Fluorímetro Estacionário QM-40 (PTI), Fluorímetro Resolvido
no Tempo TM-20 (PTI) com capacidade de medidas de fluorescência polarizada Espectrofotômetros Vibracionais no Infravermelho Shimadzu e Bomen. Fotodocumentador Digital GelDoc XR+ (BioRad) Centrífugas de Alta Velocidade (SIGMA) Titulador Automático (Metrohm) Espectrofotômetro de Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado – ICP-OES Cromatógrafo de Íons IC3000 Dionex LC-MS (Shimadzu)/LC/MS/MS Cromatógrafos Gasosos com detector FID/ECD/com detector de Massas/Cromatógrafo de Íons IC3000 Espectrofotômetro de Absorção Atômica Espectrofotômetro de Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES) Espectrometria de Ressonância Magnética Nuclear (Bruker 300MHz e 500MHz)(CENAUREMN)
Curso de pós graduação: Renorbio – Doutorado A proposta de integrar o Nordeste pela Biotecnologia passou por discussões que
remontam ao ano de 1998. Entretanto, o Protocolo de Cooperação celebrado portodos os Secretários de C&T dos Estados do NE, em agosto de 2003, em Fortaleza,hipotecando total apoio ao programa RENORBIO, foi a primeira medida de apoioformal que permitiu que o RENORBIO pudesse se estabelecer de modo a alcançar seusobjetivos e garantir que os investimentos realizados atendessem aos padrões maiselevados de desempenho para todas as suas atividades.
O programa RENORBIO definiu, então, uma proposta conceitual (Documento Básico) erecebeu recursos do Ministério de Ciência e Tecnologia para financiamento dos seusprimeiros projetos de pesquisa a partir de 2004. A Portaria MCT nº 598, de 26.11.2004(Publicada no D.O.U. de 30.11.2004, Seção I, pág. 16) criou formalmente o RENORBIO
Principais cursos de Biotecnologiaem funcionamento no Ceará
Laboratórios do Renorbio ANDROLAB – UFRPE
BIOLAI-UFPI
LAB - UECE (modelo)
LABAM - UFS
LABEG - Laboratório de Expressão Gênica da UFRPE
LABNANO - Laboratório de Nanofármacos/UNP
LAF - Lab de Flavor e Analises Cromatograficas
LBM - ITP/UNIT
LBMAT
LEB - Lab. de Bioprocessos
LIA - UNCISAL
LMBE - ITP/UNIT
Lab Biotecnol Cel & Mol
Lab Farmacologia UFMA-RENORBIO
Lab de BioEletroquímica
Laboratório de Biotecnologia da Reprodução Animal
Laboratório de Ecofisiologia de Plantas sob Estresses Abióticos
Laboratório de Ecologia Química (LEQ/UFAL)
Laboratório de Eletroquímica da UFAL
Laboratório de Farmacologia da Dor
Laboratório do Centro de Oncohematologia Pediátrica - CEONHPE
MOIFOPA
Química Quântica Computacional-UESPI
“O setor industrial deve lembrar que todos os conceitos, técnicas e práticas usados nas empresas farmacêuticasimpulsionadas pela biotecnologia nasceram da pesquisa acadêmica básica”
“O setor acadêmico deve ter em mente que são os empreendimentos industriais que convertem os avançoscientíficos em produtos reais para melhorar o bem-estar humano”
“A parceria entre empresas de biotecnologia, companhias e a academia necessita de atenção e apoio de todos oslados, incluindo a população e os governos. A saúde e a riqueza da sociedade dependem disso”
“As empresas de biotecnologia proporcionam a maneira mais efetiva de transformar avanços na ciência etecnologia em produtos para a sociedade. Esse papel não é tão bem desempenhado por grandes indústrias, e nemum pouco pela academia”
“A geração de novos conhecimentos depende do tipo de pesquisa que explora a biologia e a química básicas dascélulas e organismos (...) Investimentos (federais) longos, árduos e de alto custo em ciência básica, que nenhumaindústria conseguiria custear, foram responsáveis pelos milagres médicos de que desfrutamos.(...) A pesquisabásica foi, e continuará sendo, a fonte de vida da medicina, na agricultura e indústria”
Arthur KornbergNobel de Fisiologia/ Medicina de 1959, por seus trabalhos para obtenção
da síntese biológica de ácidos nucleicos