Genoma
Genoma é o conjunto de todos os gens que formam os organismos animados animais e vegetais.
Em biologia molecular dá-se o nome Genoma o conjunto de todos os gens que formam os organismos animados animais e vegetais. Os gens são unidades biológicas formadas de ácido ribonucleico (ARN) e ácido desoxirribonucleico (ADN) responsáveis pela hereditariedade dos organismos vivos; são eles, formados por nucleotídeos que garantem a perpetualidade das espécies, códigos da vida, com suas características fenotípicas e genotípicas específicas. Descoberto em 1869 pelo bioquímico suíço Johann Friedrich Miescher, quando pesquisava os componentes químicos do núcleo celular, somente em 1953, no laboratório Cavendish, Inglaterra, graças ao raio X e a microscopia eletrônica, foi melhor identificado estruturalmente, formação em espiral de dupla hélice de sua molécula, pelos pesquisadores Francis Crick (biólogo), James Watson (zoólogo) e Maurice Wilkins (biofísico). Em 1962, os pesquisadores Crick, Watson e Wilkins receberam o prêmio Nobel de Medicina por suas memoráveis e inéditas descobertas. Desde então, a biologia molecular tornou-se, de fato, a ciência que trás à cena a transgênese, a genômica e a possibilidade de transformação de seres animais e vegetais, os já existentes clones e organismos geneticamente modificados – OGMs.
Cronologia dos genomas biológicos realizados
O primeiro genoma identificado e codificado no mundo foi o da bactéria Haemophilus Influenzae (1740 gens) realizado pelos cientistas Craig Venter e Hamilton Smith, em 1994, no Instituto Craig Venter, Rockville, Maryland EEUU. Esse extraordinário trabalho científico que perdurou por longos anos de investigação e pesquisa consagrou o Dr. Smith com o prêmio Nobel de Medicina, em 1978. ( JCVI, 1992).
Esse gigante e fantástico avanço biotecnológico, com o auxílio da engenharia computacional, fez nascer no cenário científico mundial novas ciências modernas e futuristas como: as Biologia Sintética, Engenharia Genética, Genômica, Transgenia, Inteligência Artificial (IA) etc. que junto e integradas, ajudarão a desvendar os mistérios da natureza que ainda cercam o mundo dos seres animados.
Lista cronológica dos primeiros genomas sequenciados (Período entre 1980 e 2010)
1980 Bacteriófago – vírus (oX174) Frederick Sanger Premio Nobel Química INGLATERRA
1995 Primeira Bactéria (Haemophilus influenza) John Craig Venter EEUU
1996 Primeiro Fungo (Saccharomyces cerevisiae) Andre Gauffeau BELGICA
1998 Primeiro animal (Caenorhabditis elegans) Sydney Brenner África do Sul ÁFRICA DO SUL
2000 Primeira planta (Arabidopsis thaliana) Joseph Ecker Consórcio EEUU
2000 Primeiro patógeno planta (Xylella fastidiosa) Andrew Simpson FAPESP BRASIL
2003 Primeiro Genoma Humano Telomere to Telomere Consórcio, 2022 EEUU
2010 Primeira bactéria Sintética (Mycoplasma mycoides) John Carig Venter EEUU
Fonte: Jornal da USP, 2018
Biologia Sintética – BYOSIN
O termo Biologia Sintética foi usado pela primeira vez no ano de 1978, depois que os cientistas Daniel Nathans (Microbiologista), Werber Arber (Geneticista) e Hamilton Smith (Microbiologista) ganharam o prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina, daquele ano, por descobrirem as enzimas de restrição (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – CRISPR) e determinaram como aplicá-las no DNA, na resolução de problemas encontrados na genética molecular.
A novel ciência que teve início efetivo no ano de 2010 com a produção de uma bactéria sintética pelo cientista John Craig Venter, tem como objetivo:
” Assentada na Genômica, em franca expansão biotecnológica, nos dias de hoje, consiste no uso da bioinformática e técnicas de engenharia genética e bioquímica para desenhar circuitos biológicos modulares, por meio do redirecionamento ou construção de novas rotas metabólicas e criação de organismos artificiais visando maximizar seu funcionamento.” (EMBRAPA,2015).
Além disso, como ciência multidisciplinar correlacionada com a engenharia genética, inteligência artificial, automação de dados, nanociência, biotecnologia, química, etc, a biologia sintética, promete revolucionar a biologia com a fabricação de componentes e sistemas biológicos ainda não existentes no mundo natural. (planetabiologia.com)
Aplicações da biologia artificial
Na Medicina
A utilização de medicamentos, biofármacos e biossimilares, no tratamento de doenças crônicas e complexas como câncer, artrite reumatóide, diabetes, esclerose múltipla e doenças autoimunes, já são fabricados, recomendados e prescritos em todo o mundo. De rotas biotecnológicas avançadas, em que os princípios ativos são extraídos de microorganismos ou células animais modificadas geneticamente em laboratórios, o princípio ativo nesses casos, (anticorpos monoclonais) são proteínas terapêuticas recombinantes, com alta especificidade para seus alvos no interior do organismo, células afetadas pela doença, com menor comprometimento da estrutura das células sadias. (Revistapesquisa.fapesp.br)
O primeiro biossintético produzido no mundo foi a insulina, no ano de 1982, através de cultura de uma bactéria (Escherichia coli) modificada, utilizando a técnica do DNA recombinante, ou engenharia genética.
Na indústria farmacêutica
O maior pool de laboratórios farmacêuticos nacionais, o Grupo FarmaBrasil, que reúne oito empresas: Aché, Biolab, Bionovis, Cristália, Eurofarma, Libris, Hebron e Orygen, possui tecnologia suficiente para produzir medicamentos essenciais, geneticamente modificados para identificar e combater bactérias, vírus ou células tumorais produtoras de doenças. O Programa para o Desenvolvimento Produtivo (PDPs), parceria tripartite entre laboratórios privados, públicos e o Ministério da Saúde, pretende, em etapas, a partir de 2018, reduzir a dependência internacional desses medicamentos e diminuir o Custo Brasil que no período de 2011 a 2017, somou a importância de 4.68 bilhões de reais. (Valor Econômico, 2017)
Na produção de combustíveis
Cientistas e pesquisadores de todo o mundo estão utilizando bactérias e leveduras geneticamente modificadas para, através da biomassa vegetal, produzir novos biocombustíveis, não fósseis, mais eficientes e menos poluentes ambientalmente, (energia limpa), assim industrialmente já registrados e patenteados existem: a) Isobutanol – Pesquisadores da Universidade da Califórnia ( Atsumi et al.), 2009, empregando a cianobactéria Synechoccus alongatus que, consumindo o Dióxido de Carbono (CO2), produz esse biocombustível, potencialmente melhor que a gasolina; b) Butanol. Coube a Bond-Watts et al., 2011, na Universidade de Berkeley, produzir o Butanol empregando a bactéria Clostridium sp. sintetizar uma gasolina com rendimento superior 10 vezes maior que outros microorganismos; c) Biodiesel. Liderados pelo pesquisador Xinyao Liu, da Universidade do Arizona, e utilizando uma cepa da cianobacteria do gênero Synechocystis, que possui a capacidade de realizar a fotossíntese e produzir ácidos graxos, foi possível produzir o biodiesel, que antes era sintetizado a partir de óleos de vegetais como soja, amendoim, dendê, etc. Nessa questão de biocombustíveis o etanol encontra-se num estágio tecnológico mais avançado podendo-se produzir o combustível de 1ª, 2ª e 3ª Geração. (Revistapesquisa.fapesp.br)
Na produção de alimentos
O Brasil desponta no mundo como o 2º país produtor de alimentos geneticamente modificados. A era dos transgênicos animal e vegetal começou em 1994, com a empresa Calgene, California – EEUU, que lançou o tomate (Lycopersicum esculentum) transgênico, modificado, mais resistente às pragas e maior tempo de prateleira no comércio. Desde então, o mercado de transgênicos na agricultura desenvolveu-se em escala crescente. Em 2016, 28 países cultivaram alimentos transgênicos e 40 importaram esses produtos com certificação internacional. Com mais de 49 milhões de hectares (ha) de transgênicos plantados, (2016) sobressaindo os cultivares de soja, milho, arroz e algodão, etc, o Brasil ficou atrás apenas dos EEUU no ranking global de produtores de transgênicos. (ROMANO, E. EMBRAPA)
Na produção de animais transgênicos, a aquicultura de peixes ornamentais e tropicais, de couro e escamas, como a carpa, tilápia, tambaqui, pacú, pintado, cachara, cascudo, jaú, etc, que povoam os grandes rios e lagos brasileiros, principalmente nas Regiões Norte e Centro-Oeste do país; os genomas dessa diversidade piscícola, ainda pouco explorados na piscicultura e biotecnologia, podem melhorar e modificar geneticamente as espécies existentes com melhor rendimentos das carcaças, produtividade e resistência à doenças.
O Programa de Melhoramento Genético na Piscicultura lançado em 2018, pela EMBRAPA, Palmas-TO, busca a formação de um banco de dados, germoplasma, para selecionar, identificar, conhecer e melhorar o aproveitamento dessa rica diversidade ictiológica brasileira. (EMBRAPA, julho 2018).
No meio ambiente
A produção de organismos sintéticos: bactérias, fungos e algas, para limpeza do meio ambiente degradado, recuperação do solo e despoluição dos cursos d água, pela biorremediação, mostra a relevância tecnológica dessa nova geração de organismos sintéticos na natureza. Exemplos de ampla repercussão planetária e ambiental são os plásticos biodegradáveis e os biocombustíveis não oriundos de hidrocarbonetos fósseis.
Na guerra biológica
Denomina-se guerra biológica o emprego intencional ou não de agentes biológicos (bactérias, vírus, fungos, insetos) e suas toxinas contra seres humanos, animal ou vegetal, a fim de causar mortes ou prejuízos econômico e social. A guerra biológica existe desde a Antiguidade, Séc VI. a.C, quando os assírios contaminaram os poços d água de seus inimigos usando cravagem (Claviceps), uma espécie de fungo: primeiro emprego de um agente biológico na guerra que se tem registro. (SOBRAL. M,M,A. Lisboa,2017).
Os agentes biológicos empregados em guerras declaradas, oficialmente principalmente durante as 1ª e 2ª Guerras Mundiais e mais recentemente em atentados e ameaças com o Bacillus anthracis, por terroristas, em 1991, atentado às Torres Gêmeas-EEUU, têm chamado a atenção das Comunidades Internacionais pela possibilidade de serem criados ou modificados em laboratórios de genética, organismos geneticamente modificados (OGMs), criando cenários bélicos desconhecidos e prejuízos sócio-ambientais incomensuráveis e imprevisíveis.
Apesar da existência da Convenção sobre Armas Biológicas (CPAB) assinada em 10 de abril de 1972, por 183 países – Estados-Parte, que proíbe o desenvolvimento, a produção, a aquisição, a transferência, o armazenamento e o uso deste tipo de arma, (bio-armas), esses agentes biológicos fabricados ou sintetizados em Laboratórios altamente especializados em genética (quimeras), podem ser utilizados por terroristas, intencionalmente como patogênicos e causar doenças humanas, animal e vegetal. (Biosafety.Scielo,2021)
Primeiro genoma decifrado no Brasil
As pesquisas científicas para a descrição do genoma humano aconteceram em etapas com o progressivo avanço da biologia molecular, da microscopia eletrônica e da engenharia genética. Antecedentes históricos e relevantes sucederam-se, assim cronologicamente registrados: 1871 – Friedrich Miescher, bioquímico suíço, identifica o DNA no núcleo celular; 1910 – Albrecht Kossel, bioquímico alemão descobre os cinco nucleotídeos básicos (adenina, citosina , guanina, tiamina e uracil) que formam o DNA; 1953 – James Watson e Francis Crick, cientistas americanos, descobrem a dupla hélice do DNA; 1977 – Frederich Sanger, bioquímico inglês e colaboradores sequenciou o primeiro genoma de um vírus, phi X174, que parasita a Eschericia coli; 1990 – O projeto genoma humano (PGH) é lançado nos EEUU, sob a coordenação do Dr. James Watson, num Consórcio de 18 países, com objetivo de realizar o sequenciamento genético do DNA humanos; 1995 – É realizado o sequenciamento genético completo bacteriano da Haemophilus influenza, pelo cientista americano Craig Venter, com uma cadeia de 1 830 121 pares de nucleotídeos; 1996 – É anunciado o primeiro clone animal, ovelha Dolly, nascida no Instituto Roslin, Universidade de Edimburgo, Escócia; 1998 – Os cientistas biólogos John Sulston e Bob Waterston publicam o genoma completo do nematódeo Caernorhabditis elegans; 2000 – Cientistas do Grupo genoma humano (PGH) publica o genoma completo da mosca da fruta, Drosophila melanogaster; 2002 – O Consórcio Internacional do Genoma do rato (Mus musculus), anuncia o genoma completo desse mamífero: quatorze por cento menor que o genoma humano, mas noventa e cinco por cento semelhante a este; 2003 – O diretor do Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano (NHGRI) Eric Green, comunica o sequenciamento completo do genoma humano , com 3.055 bilhões de pares de nucleotídeos e 19 969 genes que codificam as proteínas (Nature, 2003).
Ressalva-se, nessa corrida científica internacional para o descobrimento do ” Código da Vida “, de fungos, bactérias, mamíferos e humanos, o extraordinário feito da ciência brasileira que, no ano de 2000, publicou na Revista “Nature” o genoma completo da bactéria Xilella fastidiosa, a doença de citrus denominada “amarelinho”, que devasta 30% da cultura de laranja do Estado.
Esse glorioso e inédito feito da ciência brasileira que envolveu 116 cientistas e um pool de Universidades, Institutos e Fundações do Estado de São Paulo: USP, Univap, Unifesp, Unesp, Unicamp, Universidade de Ribeirão Preto, Universidade de Mogi das Cruzes, Instituto Ludwig, Instituto Biológico, Instituto Agronômico de Campinas, totalizando 35 Núcleos de Pesquisa, todos coordenadas pelo cientista britânico Andrew Simpson e financiada pela FAPESP, 13 milhões de dólares, colocou o Brasil na vanguarda da pesquisa genômica mundial e hegemônico na América do Sul.
Por Edino Camoleze
Coronel Veterinário RR-1 especialista em planejamento de empreendimentos do agronegócio e titular da Academia Brasileira de Medicina Veterinária.
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