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Atenção! Os posts estão organizados da seguinte forma:

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Atenção! Os posts estão organizados da seguinte forma:

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Amarelo - Introdução
Verde - Curiosidades/Tecnologias que ampliam a engenharia genética
Azul - Artigos de aplicações
Roxo - Notícias e observações

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A Microbiologia é um ramo muito importante para diversas áreas, e seu conhecimento é de suma importância. Entender o metabolismo e como utilizar os microrganismos a nosso favor é um papel da biotecnologia. Mas você sabia que ainda podemos usar técnicas da biotecnologia a fim de melhorar as cepas microbianas existentes com o objetivo de trazer mais benefícios nas diversas áreas que a microbiologia pode trabalhar? Venha entender como funciona e qual o papel da engenharia genética nesse padlet!

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Engenharia genética: decifrando o código da vida

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Engenharia genética: decifrando o código da vida

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Engenharia genética pode ser definida como o conjunto de técnicas capazes de permitir a identificação, manipulação e multiplicação de genes dos organismos vivos e é uma nova ciência que tem possibilitado a realização de experimentos na área da genética, com resultados surpreendentes sobre a vida. Pela sua relação direta ou indireta com o meio ambiente, a engenharia genética não pode deixar de ter atenção dos ambientalistas e estudiosos do direito ambiental.

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Foto: Gabriel Nogueira

Um feijão resistente à maior praga que assola a cultura, um algodão capaz de aguentar a seca e uma soja que pode ser manejada com uma nova classe de herbicidas. Os três protagonistas da matéria principal desta edição atestam a sofisticação da pesquisa científica brasileira. Eles são fruto da engenharia genética, ciência que atua no código genético dos seres vivos.

O melhoramento genético, feito desde quando o homem deixou a vida nômade para plantar e criar animais, atingiu escalas moleculares nos dias de hoje. A escolha dos produtores por cabras com mais leite como matrizes reprodutoras e por exemplares de trigo mais viçosos para fornecer sementes deu lugar à análise do perfil genético e foi mais além. Um gene (pedaço de DNA) de uma espécie agora pode ser inserido no código genético de outra, levando com ele características valiosas para o novo ser vivo.

A engenharia genética tem criado seres que resistem às intempéries, produzem mais em menos tempo e demandam menos químicos. Questões como a fome, mudanças climáticas e sustentabilidade ambiental, econômica e social passarão cada vez mais pela capacidade humana de entender e trabalhar com a dupla hélice do DNA. O Brasil está na vanguarda desse conhecimento como demonstram as histórias das próximas páginas.

Investimentos financeiros continuados são ainda fundamentais para viabilizar a inserção de materiais geneticamente modificados no mercado. A liderança nesse processo está com a iniciativa privada representada por grandes empresas multinacionais. O Brasil é um grande consumidor dos materiais desenvolvidos por essas corporações. Somos hoje o segundo maior produtor de plantas geneticamente modificadas, com 40,3 milhões de hectares plantados. Apenas os Estados Unidos estão na frente, com 70,2 milhões.

A interferência do homem na natureza remonta às civilizações antigas que utilizavam microrganismos nos processos de fermentação para produzir vinho, cerveja e produtos lácteos. Na agricultura e na produção animal, gradativamente e de forma empírica, o homem passou a melhorar as plantas e os animais domésticos com o objetivo de desenvolver produtos com mais qualidade. No final do século XIX, com a descoberta da célula e de que cópias do material genético são repassadas quando as células se multiplicam, o homem começou a utilizar esse conhecimento de forma planejada. Ainda no século XIX, o monge Gregory Mendel descreveu as leis da genética ao fazer cruzamentos de ervilhas e descobrir o segredo da hereditariedade.

Dessa forma, foram criadas as bases para o melhoramento genético tradicional − os cientistas realizavam o cruzamento entre espécies compatíveis para obter uma planta ou animal melhorado. O melhoramento genético de plantas envolve a criação de variabilidade, a seleção de genótipos com características desejáveis, e testes para avaliação de genótipos superiores.

Na década de 1970, a limitação imposta pelas barreiras da incompatibilidade entre espécies é rompida. O surgimento da engenharia genética possibilita a transferência de genes entre diferentes espécies − bactérias e animais; insetos e plantas, por exemplo. "Permite a transferência de um ou mais genes, de forma precisa e controlada e viabiliza soluções inovadoras fora da base genética da espécie-alvo", completa Alexandre Nepomuceno (foto), pesquisador da Embrapa Soja, presidente do Comitê Gestor do portfólio de Engenharia Genética para o Agronegócio da Embrapa e membro da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio).

O uso da engenharia genética na medicina e na indústria ocorre desde a década de 1970, mas somente nos anos 1990 começou a ser utilizada na agricultura. Esse cenário vem mudando constantemente graças às técnicas utilizadas e às novas características genéticas introduzidas em plantas, animais e microrganismos, e no que se refere a questões regulatórias, sociais, econômicas e políticas envolvidas na adoção da tecnologia.

É o que mostram três resultados alcançados pela pesquisa agropecuária tratados nesta reportagem. O Sistema Cultivance, que conta com uma soja transgênica − OGM −, surge como opção tecnológica para o manejo de áreas afetadas por plantas daninhas de difícil controle. Outro sistema promete driblar o efeito devastador do vírus do mosaico-dourado que ataca as lavouras de feijão. E o primeiro resultado positivo no mundo com gene DREB em algodão revela-se promissor para uma cotonicultura tolerante a condições de seca.

Revolução nas lavouras e nos laboratórios

A engenharia genética figura como uma das ferramentas atuais mais relevantes para incrementar a produção de alimentos nutritivos, de forma segura e abundante, mesmo diante dos desafios das mudanças climáticas. Destaca-se o rápido avanço do uso de engenharia genética de precisão, o que permite editar qualquer tipo de genoma com precisão cirúrgica e pontual.

Uma técnica de engenharia genética que vem sendo refinada em todo o mundo é a do RNAi (RNA interferente ou RNA de interferência). "É um mecanismo que inibe a expressão gênica ou dificulta a transcrição de genes específicos", explica Alexandre Nepomuceno. Por meio dessa técnica, é possível ativar um mecanismo de silenciamento gênico, no qual o cientista busca um gene vital do organismo a ser combatido, seja ele uma bactéria, um vírus, um inseto ou mesmo uma planta daninha. Para tornar o feijão imune ao vírus do mosaico-dourado (veja matéria na página 26), por exemplo, os pesquisadores da Embrapa utilizaram o mecanismo do RNA interferente.

A biologia sintética está permitindo utilizar as informações genômicas com novas técnicas de engenharia genética de precisão e síntese artificial de DNA a custos reduzidos, que permitem desde construir um "novo" código genético até a inserção de elementos artificiais em organismos vivos para reprogramá-los para produzir novos compostos. São utilizados aqui alguns princípios adotados pela engenharia elétrica para construir circuitos - de liga e desliga − dentro de organismos vivos. O objetivo é tentar construir circuitos parecidos com os elétricos para programar genes e proteínas de seres vivos (bactérias, plantas).

Entre as várias aplicações da biologia sintética, o professor da Colorado State University Maurício Antunes destaca a produção de plantas sentinelas que funcionam como sensores do meio ambiente. "Elas processam informações do meio ambiente e respondem de diferentes formas", relata. Tais pesquisas não estão disponíveis comercialmente em plantas, mas já existem exemplos no ramo farmacêutico. Entre as aplicações práticas, Antunes destaca um remédio (artemísia) para tratamento de malária. "O remédio é produzido em uma levedura geneticamente modificada, utilizando tecnologia de biologia sintética, o que reduz consideravelmente os custos", explica.

Como se dá a transformação genética em plantas

Em plantas, os métodos mais utilizados para introdução da construção genética de interesse no organismo-alvo é feita por biobalística ou via bactéria Agrobacterium tumefaciens. A biobalística consiste em inserir através de microprojéteis fragmentos de ácidos nucleicos de interesse em células ou tecidos. "A técnica de biobalística espalha fragmentos de DNA em várias partes do genoma, dificultando muitas vezes os processos posteriores de seleção em programas de melhoramento".

Apesar de as primeiras plantas geneticamente modificadas a entrar no mercado terem sido desenvolvidas por biobalística, hoje mais de 90% dos eventos comerciais liberados utilizam Agrobacterium como método de transformação. A Agrobacterium funciona como um vetor que carrega e transfere o DNA de interesse. "A utilização de Agrobacterium torna o processo de transformação mais eficiente do ponto de vista molecular. Normalmente, a inserção dos elementos de DNA feita pela bactéria ocorre de forma muito mais precisa e pontual, em regiões únicas do genoma-alvo", diz Nepomuceno.

Etapas do processo de desenvolvimento de OGMs

Colocar no mercado um OGM ou qualquer outro produto que utilize as novas técnicas de engenharia genética é uma tarefa desafiadora, de longa duração, envolvendo várias fases, e que exige conhecimentos especializados e altos investimentos econômicos. Só o processo de criação de plantas geneticamente modificadas pode levar de dez a 20 anos.

Seis etapas básicas são consideradas: 1) identificação de genes de interesse (fase que engloba o processo de descoberta de genes de interesse), 2) prova de conceito (seleção de evento elite e análise de biossegurança para assegurar equivalência do produto), 3) desenvolvimento de ativo (testes a campo em diferentes regiões), 4) desenvolvimento avançado (processo para regulamentar a tecnologia), 5) pré-comercialização (registro de variedades) e 6) lançamento (que envolve comunicação com a sociedade e marketing do produto).

Com os devidos ajustes, essas etapas também podem ser consideradas para o desenvolvimento de qualquer produto que utilize engenharia genética em sua elaboração, sejam animais, microrganismos ou outros produtos que utilizem a engenharia genética. "Utilizamos procedimentos de controle de todas as etapas para garantir a qualidade, acurácia, precisão e idoneidade de todos os métodos, resultados e informações gerados na elaboração do produto", destaca Nepomuceno.

Leia mais:

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Engenharia genética: decifrando o código da vida

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Foto: Gabriel Nogueira Um feijão resistente à maior praga que assola a cultura, um algodão capaz de aguentar a seca e uma soja que pode ser manejada com uma nova classe de herbicidas. Os três protagonistas da matéria principal desta edição atestam a sofisticação da pesquisa científica brasileira.

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Antes mesmo da utilização de técnicas para o melhoramento genético direcionada, eram utilizadas técnicas para induzir uma mutação no material genético do organismo. Porém essas mutações eram aleatórias, o que dificultava a obtenção de microrganismos com a característica desejada, e tornava essa técnica difícil e demorada.
Assim, mais tarde, com o descobrimento de enzimas de restrição, foi possível a criação da técnica do DNA recombinante, a qual é simples e eficaz, sendo utilizada até hoje. Essa forma de clonagem permite a inserção de um gene exógeno de interesse em um microrganismo que se pretende expressar essa característica, permitindo assim, desenvolver cepas melhores.

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Na engenharia genética, é muito importante conhecer sobre os vetores de clonagem, já que servem como transporte do gene de interesse para a célula em que a característica deve ser processada. Esses vetores possuem algumas características importantes para serem utilizados, como uma forma de se auto replicar, um local em que o gene possa ser inserido, um gene de seleção e um promotor para o gene de interesse ser expressado na célula hospedeira. Existem diversos tipos de vetores de clonagem, como por exemplo:
Plasmídeos - são os mais utilizados por serem mais simples de manipular e de purificar, porém tem capacidades apenas para genes pequenos.
Bacteriófagos - são vírus que infectam bactéria e dessa forma possuem a capacidade de inserir seu DNA. Assim sendo, é necessário desativar os genes de virulência desse vírus e inserir o gene de interesse. Bacteriófagos tem uma certa especificidade com a célula hospedeira e podem receber genes maiores.
Cosmídeos - são híbridos de plasmídeos com DNA de vírus, possuindo assim uma extremidade cos, que é coesiva com bacteriófagos. Esses vetores podem carregar genes maiores.

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https://youtu.be/XuwloTzYvig

Esse vídeo mostra de forma mais simples a base da engenharia genética.

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Engenharia Genética - 1 Minuto com Ciência

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Embora seja um documento grande, achei bem completo e muito interessante. Vale a pena!!

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Para melhor compreensão de todos, tem-se aqui um vídeo que retrata, de forma geral, um pouco a respeito do assunto de nossa página.

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MICROBIOLOGIA - GENÉTICA BACTERIANA - PROF. ALEXANDRE FUNCK

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Essa é uma técnica simples e barata de engenharia genética, o que faz ser utilizada até hoje em alguns laboratórios mais simples. Esse artigo mostra como funciona o DNA recombinante, além de demonstrarem alguns vetores e aplicações.

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Achei interessante esse tópico, pois não sabia dessa técnica. No livro Microbiologia Industrial há mais detalhes sobre a metodologia. Quis trazer esse ponto aqui para analisarmos as diferentes técnicas presentes no mercado que permitem uma melhor eficiência de determinado produto de interesse.

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Este vídeo é bem curto e trata do melhoramento genético de plantas, ele explica de forma sucinta como ocorre o mesmo.

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Melhoramento genético de plantas! | #InstanteBiotec 06

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Tecnologia do DNA recombinante e Transformação Bacteriana: principais técnicas da Engenharia Genética 

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Tecnologia do DNA recombinante e Transformação Bacteriana: principais técnicas da Engenharia Genética 

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https://www.instagram.com/p/Civp5fYM4yB/?igshid=MDJmNzVkMjY= (Link para acessar o post sobre Transformação Bacteriana)

Aqui traz de forma mais curta e didática sobre as principais técnicas da Engenharia Genética (Tecnologia do DNA recombinante e Transformação Bacteriana), em que através delas revolucionou-se a produção de alguns ítens, como a insulina que atualmente é sintetizada por uma bactéria recombinante, e o queijo que tem a enzima quimiosina produzida por microorganismo.
Vale a pena seguir estas páginas no Instagram!!

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Engenharia genética e a revolução da síntese de insulina  através de microrganismos geneticamente modificados: a primeira droga recombinante do mundo

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Engenharia genética e a revolução da síntese de insulina  através de microrganismos geneticamente modificados: a primeira droga recombinante do mundo

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Vantagem da técnica de insulina recombinante:
-Eliminação de contaminantes ou agentes infecciosos que possam estar presentes nas proteínas purificadas de animais, o que elimina quase totalmente o risco de ocorrer rejeição do hormônio pelo organismo humano.
-Redução de custos de produção a longo prazo.

O procedimento acima é realizado através da bactéria Escherichia Coli geneticamente modificada e, também, utilizando células de leveduras, predominantemente Saccharomyces cerevisae, já que elas secretam uma molécula de insulina humana quase completa, podendo ser aplicada em larga escala. Isso minimiza a necessidade de procedimentos de purificação caros e complexos.
Além das cepas de E. coli e leveduras, animais transgênicos e sistemas de expressão vegetais podem ser empregados para a produção deste hormônio recombinante.

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Aqui trago uma informação publicada no jornal da USP a fim de melhorar o aprendizado  vocês à respeito dos microrganismos que podem ser utilizados na agricultura de forma benéfica.
O objetivo dessa pesquisa foi investigar se uma planta mesmo sendo geneticamente melhorada dependeria dos microrganismos presentes na rizosfera para se defender de doenças.
Ao final da página, tem-se o nome e link do projeto de pesquisa completo.

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Engenharia genética no melhoramento de microalgas para biorremediação de metais pesados

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Engenharia genética no melhoramento de microalgas para biorremediação de metais pesados

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Esse artigo é uma revisão que mostra como a engenharia genética, junto com a engenharia metabólica, bioinformática e tecnologias multiômicas, podem ajudar a alterar as microalgas existentes para melhorar a sua capacidade de biorremediação de metais pesados e principalmente a capacidade desses microrganismos de sobreviver nessas condições tóxicas. O artigo demonstra diversas abordagens e ferramentas para o melhoramento genético que poderiam ser utilizadas. Por isso, vale a pena conferir quem tem interesse na área e que entender como as diversas ferramentas e disciplinas podem se conectarem.

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Is Genetic Engineering a Route to Enhance Microalgae-Mediated Bioremediation of Heavy Metal-Containing Effluents?

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Contamination of the biosphere by heavy metals has been rising, due to accelerated anthropogenic activities, and is nowadays, a matter of serious global concern. Removal of such inorganic pollutants from aquatic environments via biological processes has earned great popularity, for its cost-effectiv…

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Biotecnologia tradicional x biotecnologia moderna: os microrganismos e alimentos

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Biotecnologia tradicional x biotecnologia moderna: os microrganismos e alimentos

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Este artigo aborda alguns exemplos de uso da biotecnologia para a obtenção de alimentos e ingredientes funcionais, como: aumento da viabilidade de microrganismos probióticos em alimentos, produção prebióticos e outros oligossacarídeos e polissacarídeos funcionais a partir de organismos selecionados e/ou geneticamente modificados, desenvolvimento de espécies vegetais modificadas geneticamente para o aumento da produção de fitoesteróis, modificação genética de microalgas para a produção de substâncias antioxidantes e ácidos graxos EPA e DHA, obtenção de carotenoides para a indústria alimentícia, tanto a partir de algas, bem como de leveduras cultivadas em substratos específicos, entre vários outros.

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MELHORAMENTO GENÉTICO DE MICRORGANISMOS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E QUÍMICOS RENOVÁVEIS

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MELHORAMENTO GENÉTICO DE MICRORGANISMOS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E QUÍMICOS RENOVÁVEIS

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Este artigo é um pouco antigo, mas achei interessante as aplicações e as empresas responsáveis. Deu também uma visão da junção de diferentes processos visando a eficiência de um produto.

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Melhoramento genético microbiano baseado na engenharia genética: o caso dos microrganismos produtores de etanol.

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Melhoramento genético microbiano baseado na engenharia genética: o caso dos microrganismos produtores de etanol.

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Este artigo é bem curto e ele trata do melhoramento genético para um microrganismo que consiga fazer uma maior produção do etanol. No Brasil, toda a produção industrial de álcool é realizada utilizando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. Como ainda existem poucos conhecimentos sobre outros microrganismos que produzam álcool a nível industrial, estão em busca de um com essa capacidade.

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Caso se interessem, aqui trago um artigo que aborda mais sobre a insulina recombinante a partir de microrganismos e sua técnica, que foram apresentadas no post anterior. É um assunto bem interessante e importante, especialmente, para quem tem afinidade com a área da saúde.

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O CRISPR - Cas9 é um sistema imunológico adaptativo das bactérias, que permite que elas se defendam das infecções virais mandando uma enzima de restrição (Cas9) que irá clivar o DNA viral em uma região específica. É uma maneira de cortar o DNA com precisão por meio de deleção ou substituição de bases.
Este artigo, traz o fungo filamentoso Ashbya gossypii, um dos principais produtores da vitamina B2, e os pesquisadores utilizaram o sistema CRISPR - Cas9 como um vetor para realizar manipulações genéticas no mesmo sem o uso de marcador.

(Link para quem tiver interesse em saber como funciona o sistema CRISPR - Cas9, é bem curto e didático https://youtu.be/27l7ZVpL7W0)

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Microbial Biotechnology - 2019 - Jim nez - One‐vector CRISPR Cas9 genome engineering of the industrial fungus Ashbya

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Síntese de alginato utilizando microrganismos do gênero Pseudomonas e Azotobacter em diversas áreas de aplicações, e diminuição do impacto ambiental. 

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Síntese de alginato utilizando microrganismos do gênero Pseudomonas e Azotobacter em diversas áreas de aplicações, e diminuição do impacto ambiental. 

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Este artigo é um pouco antigo, porém, muito interessante. Vale a pena ler a título de curiosidade. Em síntese:
O alginato é um biopolímero extensamente utilizado devido as suas propriedades espessantes, estabilizantes e gelificantes. Há descobertas de propriedades imunológicas únicas deste material, o que tem aumentado o interesse no desenvolvimento de processos para produzi-lo. Ele pode ser obtido a partir de biossíntese, utilizando-se microrganismos do gênero Pseudomonas e Azotobacter e , desse modo, diminuindo o impacto ambiental nas regiões em que as algas marinhas das quais é extraído são coletadas.
Algumas de suas aplicações são na área de alimentos, cosméticos, medicamentos, indústria têxtil e de papel.

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O alginato é um copolímero linear constituído de unidades de ácidos α-L-gulurônicos e...

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Engenharia genética de Saccharomyces cerevisiae para aumento de síntese de ácidos graxos visando produção de biossurfactante

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Engenharia genética de Saccharomyces cerevisiae para aumento de síntese de ácidos graxos visando produção de biossurfactante

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Este artigo, embora seja grande, ele traz uma aplicabilidade da Engenharia Genética em cepas de Saccharomyces cerevisiae para se obter uma melhor produção de biossurfactantes do tipo Rhamnolípidios. Já que o mesmo são sintetizados preferencialmente por uma bactéria patogênica, que acaba tornando o processo mais oneroso.
Vale a pena ler!!

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New Culture recebe investimento de US$ 23 bi para vender produtos feitos de caseína à base de fermentação e engenharia genética.Leia mais em: https://forbes.com.br/forbesagro/2022/11/startup-nos-eua-vai-colocar-no-mercado-queijo-sem-vaca-em-2023/

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New Culture recebe investimento de US$ 23 bi para vender produtos feitos de caseína à base de fermentação e engenharia genética.Leia mais em: https://forbes.com.br/forbesagro/2022/11/startup-nos-eua-vai-colocar-no-mercado-queijo-sem-vaca-em-2023/

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Classes de risco para microrganismos geneticamente modificados.

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Classes de risco para microrganismos geneticamente modificados.

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De acordo com a CTNBio (Coordenação Geral da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança ), o risco corresponde à possibilidade de ocorrência de um evento negativo. Segundo a Resolução Normativa N° 2, de 27 de novembro de 2006 – CTNBio, os critérios usados para a classificação de riscos associados aos OGMs são os seguintes: (i) potencial patogênico dos organismos doador e receptor do material genético; (ii) o tipo de sequência nucleotídica transferida; (iii) a expressão desta no organismo receptor; e (iv) o OGM resultante e seus efeitos adversos à saúde humana e animal, aos vegetais e ao meio ambiente. Para genes que codificam produtos nocivos à saúde humana e animal, aos vegetais e ao meio ambiente, o vetor utilizado deverá apresentar características que previnam o escape e a manutenção destes na natureza. Por isso trouxe neste e em próximos posts a exposição da tabela que indica a classificação de OGM segundo a CTNbio.

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Classe de risco para microrganismos geneticamente modificado.

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Classe de risco para microrganismos geneticamente modificado.

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Última parte da tabela.

Aproveito para trazer informações sobre o certificado de qualidade em biossegurança:

Para a manipulação de OGM e derivados de qualquer risco em atividades de pesquisa é necessário a obtenção de um Certificado de Qualidade em Biossegurança (CQB), sendo este solicitado pelo CIBio (Comissão Interna de Biossegurança da CTNBio) e avaliado e emitido pelo CTNBio. As atividades permitidas englobam a construção, o cultivo, a manipulação, o transporte, a transferência, a importação, a exportação, o armazenamento, a liberação no meio ambiente e o descarte de OGM. O CQB também recebe a classificação de acordo o nível de biossegurança do OGM, portanto, sendo 1, 2, 3 e 4.