Introdução
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.
Foto: Ilustração DW, Deutsche Welle – Brasil. Representação esquemática de um Gen que compõe um Genoma
Cronologia dos genomas biológicos realizados
O primeiro genoma identificado e codificado no mundo foi o da bactéria Haemophilus Influenzae (1.740 gens) realizado pelos cientistas Craig Venter e Hamilton Smith, em 1994, no Instituto Craig Venter, Rockville, Maryland – USA. Esse extraordinário trabalho científico perdurou por longos anos de investigação e pesquisa conduzida pelo Dr. Smith, que já havia recebido 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 1980 – 2010)
Foto: FAPESP – A vida artificial que nasce no Laboratório
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).
4- Aplicações da biologia artificial
4.1 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.
4.2 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, pretendeu, 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).
4.3 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).
4.4 Na produção de alimentos
O Brasil desponta no mundo como o 2º país produtor de alimentos geneticamente modificado. A era dos transgênicos animal e vegetal começou em 1994, com a empresa Calgene, California – USA, 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 de transgênicos plantados (2016), sobressaindo os cultivares de soja, milho, arroz e algodão, etc…, o Brasil ficou atrás apenas dos USA 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).
Foto: CONSEA 2013 – Milho transgênico. Biodiversidade do milho na América Latina
4.5 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.
4.6 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 – USA, 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).
5.0 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 USA, sob a coordenação do Dr. James Watson, num Consórcio de 18 países, com objetivo de realizar o sequenciamento genético do DNA humano;
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.
Foto: FAPESP – Primeiro genoma de uma bactéria realizada no Brasil (Xilella fastidiosa)
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 e Instituto Agronômico de Campinas, totalizando 35 Núcleos de pesquisa, todos coordenadas pelo cientista britânico Andrew Simpson e financiada pela FAPESP, em 13 milhões de dólares, colocou o Brasil na vanguarda da pesquisa genômica mundial e hegemônico na América do Sul.