Prof. Dr. Luis Flávio Mendes Saraivaacademiadeengenharia-ce.com.br/pdf/10ª Reunião Plenária 21.11.pdf · Observando o esquema acima, ... 1982- Produção laboratorial do fator

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


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


Avanços promovidos pela biotecnologia

Biotecnologia na prática


Sequencia primária da proteína… próximo passo…

Tradução


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).



Exemplos de produtos gerados por biotecnologia:

MEDICINA 01- VACINA DA HEPATITE b VIA TRANSGENIA

FICÇÃO X REALIDADE


MEDICINA 02- TERAPIA GÊNICA NA CURA DE DOENÇAS



AGRICULTURA 01- Controle biológico de pragas



AGRICULTURA 02- Controle biológico de pragas



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



AGRICULTURA 04- ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS (OGMs)



INDUSTRIA 01- Obtenção de biocombustível oriundo de algas



INDUSTRIA 02- Evolução da indústria farmacêutica



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.


Como tais resultados foram alcançadosde maneira tão eficaz?

Biotecnologia A x Biotecnologia B x Biotecnologia C(estrutura)

Opção A

Opção B =

Opção C =

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

Vagas Renorbio

Critérios para novos docentes do RENORBIO

“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

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