Biotecnologia em saúde e nutrição: como o DNA Pode Enriquecer os Alimentos

Alimentos Funcionais – Componentes Bioativos e Efeitos Fisiológicos Neuza Maria Brunoro Costa / Carla de Oliveira Barbosa Rosa Instrumentos de Apoio para Implantação das Boas Práticas em Empresas Alimentícias Ana Lúcia de Freitas Saccol / Lize Stangarlin / Luisa Helena Hecktheuer Instrumentos de Apoio para Implantação das Boas Práticas em Serviços de Nutrição e Dietética Hospitalar Lize Stangarlin / Ana Lúcia Serafim / Ana Lúcia de Freitas Saccol / Luisa Helena Hecktheuer Manual de BPF, POPs e Registros em Estabelecimentos Alimentícios Clever Jucene dos Santos Junior Manual de Segurança Alimentar, 2a ed.

Clever Jucene dos Santos Junior

A Biotecnologia aplicada aos alimentos não apenas proporciona o aumento da produção, mas também atende à demanda dos consumidores por alimentos mais seguros, nutritivos, saudáveis, saborosos e adequados. Ultimamente, a aplicação da Biotecnologia às plantas vem sendo direcionada para aumentar sua qualidade nutricional, de modo a produzir alimentos nutricionalmente fortificados e, assim, deixar de adicionar componentes sintéticos aos alimentos processados.

Com o objetivo de traduzir os benefícios científicos da Biotecnologia para uma linguagem acessível a estudantes, profissionais de áreas afins e leitores ávidos por informações, Biotecnologia em Saúde e Nutrição chega à segunda edição, com conteúdo revisto e ampliado, informações atualizadas, e colaboração de novos autores.

Tabela de Equivalentes, Medidas Caseiras e Composição Química dos Alimentos, 2a ed.

Manuela Pacheco Prebióticos e Probióticos – Atualização e Prospecção Célia Lúcia de Luces Fortes Ferreira Saiba mais sobre estes e outros títulos em nosso site: www.rubio.com.br

Áreas de interesse Ciências dos Alimentos Agronomia Nutrição

CAPA – Biotecnologia em Saúde e Nutrição.indd 1

Sobre os Autores Neuza Maria Brunoro Costa Professora-Associada da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Pós-Doutorado em Biodisponibilidade de Minerais pela Purdue University e pela Colorado University, EUA.

Biotecnologia em Saúde e Nutrição Como o DNA Pode Enriquecer os Alimentos

Neuza Maria Brunoro Costa | Aluízio Borém

Ao longo de seis capítulos, esta obra apresenta os conhecimentos básicos da Biotecnologia e discute suas potencialidades e sua abrangência; sua contribuição para a área de saúde; seu papel em relação ao valor nutricional dos alimentos e da funcionalidade de seus compostos bioativos; além de demonstrar que as modificações genéticas são seguras e inócuas para humanos e animais, e discutir com propriedade o respeito aos valores éticos desde o planejamento das transformações até o oferecimento dos alimentos geneticamente modificados ao consumidor final. O livro oferece ainda aos leitores um glossário indispensável para iniciantes no estudo da Biotecnologia.

Biotecnologia em Saúde e Nutrição

Outros Títulos de Interesse

Doutora em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela University of Reading, Inglaterra.

Nutricionista, Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Ex-Professora-Associada da UFV, MG.

Aluízio Borém Professor da Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Pós-Doutorado em Genética Molecular pela University of Minnesota, EUA. Ph.D. em Genética e Melhoramento pela University of Minnesota, EUA.

2a edição

Mestre em Genética e Melhoramento pela UFV. Graduado em Agronomia pela UFV.

Neuza Maria Brunoro Costa Aluízio Borém

Ex-Presidente da Sociedade Brasileira de Melhoramento de Plantas (SBMP), Ex-Presidente e Ex-Vice-Presidente da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), Ex-Consultor da FAO, Ex-membro do Comitê Nacional de Biotecnologia do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio, da Câmara Temática de Insumos do Ministério da Agricultura.

10/09/2012 17:20:27

Biotecnologia - cap-00.indd 16

11/09/2012 17:24:21

Biotecnologia - cap-00.indd 1

11/09/2012 17:24:20

Biotecnologia - cap-00.indd 2

11/09/2012 17:24:20

Biotecnologia - cap-00.indd 3

11/09/2012 17:24:20

Biotecnologia e Nutrição, 2a ed.

Copyright © 2013 Editora Rubio Ltda.

ISBN 978-85-64956-45-2 Todos os direitos reservados. É expressamente proibida a reprodução desta obra, no todo ou em parte, sem autorização por escrito da Editora.

Produção Equipe Rubio Capa Bruno Pimentel Editoração Eletrônica Elza Maria da Silveira Ramos

CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ T264n Biotecnologia em saúde e nutrição/ organizadores, Neuza Maria Brunoro Costa, Aluízio Borém de Oliveira. – Rio de Janeiro: Rubio, 2013.

160p. : 16 cm Inclui bibliografia.

Inclui glossário.

ISBN 978-85-64956-45-2.

1. Alimentos – Biotecnologia. 2. Biotecnologia. 3. Nutrição – Aspectos Genéticos.

4. Saúde. I. Brunoro Costa, Neuza Maria. II. de Oliveira, Aluízio Borém.

CDD: 613.2 Índices para catálogo sistemático: 1. Biotecnologia e nutrição: Promoção da saúde 613.2 2. Nutrição e Biotecnologia: Promoção da saúde 613.2

Editora Rubio Ltda.

Av. Franklin Roosevelt, 194 s/l 204 – Castelo 20021-120 – Rio de Janeiro – RJ Telefax: 55(21) 2262-3779 • 2262-1783 E-mail: rubio@rubio.com.br www.rubio.com.br Impresso no Brasil Printed in Brazil

Biotecnologia - cap-00.indd 4

11/09/2012 17:24:20

Organizadores

Neuza Maria Brunoro Costa Professora-Associada da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Pós-Doutorado em Biodisponibilidade de Minerais pela Purdue University e Colorado University, EUA. Doutora em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela University of Reading, Inglaterra.

Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Professora-Associada da UFV, MG (1992 a 2009).

Aluízio Borém Professor da Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Pós-Doutorado em Genética Molecular pela University of Minnesota, EUA. Ph.D. em Genética e Melhoramento pela University of Minnesota, EUA. Mestre em Genética e Melhoramento pela UFV. Graduado em Agronomia pela UFV. Ex-Presidente Sociedade Brasileira de Melhoramento de Plantas SBMP, Ex-Presidente e Ex-Vice-Presidente da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), ExConsultor da FAO, Ex-membro do Comitê Nacional de Biotecnologia do Ministério do Desenvolvimento Indústria e Comércio, da Câmara Temática de Insumos do Ministério da Agricultura.

Biotecnologia - cap-00.indd 5

11/09/2012 17:24:20

Biotecnologia - cap-00.indd 6

11/09/2012 17:24:20

Colaboradores

Fabrício R. Santos Professor Titular e pesquisador na área de Genética e Evolução na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

Pós-Doutorado pela Universidade de Oxford, Reino Unido, e pela National Geographic Society/Universidade da Pensilvania, EUA. Biólogo geneticista com doutorado pela UFMG.

Flavio Finardi Filho Professor-Associado do Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental da Universidade de São Paulo (USP).

Pós-Doutorado em Biologia Molecular e Celular de Plantas pela Universidade da Califórnia, EUA. Doutor e Mestre e em Ciências dos Alimentos pela USP. Graduado em Farmácia Bioquímica, com ênfase em Alimentos pela USP. Presidente da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio).

Gilberto Paixão Rosado Professor-Associado do Departamento de Nutrição e Saúde, Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Doutor em Ciências (Fisiologia Humana) pela Universidade de São Paulo (USP).

Mestre em Ciências dos Alimentos pela USP. Membro do Comitê de Ética em Pesquisa com Seres Humanos da UFV.

José Xavier-Neto Pesquisador do Laboratório Nacional de Biociências, Centro Nacional de Pesquisas em Energia e Materiais, Associação Brasileira da Tecnologia de Luz Síncrotron (ABTLuS).

Pós-Doutorado pela Universidade de Harvard, EUA. Doutor em Ciências (Fisiologia Humana) pela Universidade de São Paulo (USP).

Graduado em Medicina pela Universidade Federal do Ceará (UFCE).

Presidente da Sociedade Latino Americana de Biologia do Desenvolvimento (LASDB).

Biotecnologia - cap-00.indd 7

11/09/2012 17:24:20

Renata R. Tonelli Professora Adjunta da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP).

Atua em pesquisa básica nas infecções por Giardia lamblia no Departamento de Microbiologia, Imunologia e Parasitologia da UNIFESP. Pós-Doutorado em Ciências Biológicas (Parasitologia) pela UNIFESP. Pós-Doutorado em Ciências Biológicas (Parasitologia) pelo Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP).

Doutorado em Ciências Biológicas (Bioquímica) pela USP. Graduada em Química pela Universidade Presbiteriana Mackenzie, SP.

Selma Coelho Liberato Professora da Charles Darwin University, Austrália.

Pesquisadora da Menzies School of Health Research, Austrália.

Mestre em Agroquímica pela Universidade Federal de Viçosa (UFV).

Especialista em Saúde Pública pela Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP).

Graduada em Nutrição pela UFV. Graduada em Agronomia pela UFV.

Walter Colli Colaborador Sênior Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQUSP).

Ex-Diretor do IQUSP em dois períodos (1986-1990 e 1994-1998), do Instituto Butantan (1999), Ex-Diretor-Geral da Associação Brasileira da Tecnologia de Luz Síncrotron (ABTLuS, 06/2010-05/2011) e Ex-Presidente da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio, 2006-2009).

Coordenador Adjunto da Diretoria Científica da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

Doutor em Bioquímica pela Faculdade de Medicina da USP. Livre-Docente pelo Instituto de Química da USP. Graduado em Medicina pela USP.

Biotecnologia - cap-00.indd 8

11/09/2012 17:24:20

Dedicatória

Dedico à minha família, em especial aos meus filhos José Paulo e Lia, razão da minha motivação.

Neuza Maria Brunoro Costa

Dedico este livro a Jesus Cristo.

Aluízio Borém

Biotecnologia - cap-00.indd 9

11/09/2012 17:24:20

Biotecnologia - cap-00.indd 10

11/09/2012 17:24:20

Apresentação

Os alimentos geneticamente modificados (GM) são resultantes de um recente desenvolvimento tecnológico que permite a identificação, o isolamento, a cópia e a inserção de genes de outras espécies, o que era impossível via reprodução sexual.

A biotecnologia utiliza processos biológicos para desenvolver serviços e produtos, a exemplo de novas variedades de plantas, animais e microrganismos. Essa ciência emprega várias técnicas modernas, tais como a cultura de tecidos na micropropagação de plantas, os marcadores moleculares nos testes de DNA, o sequenciamento do genoma e a engenharia genética no desenvolvimento de alimentos mais nutritivos, e tem diversas aplicações na área da saúde humana e animal.

As variedades de alimentos desenvolvidas com o auxílio da biotecnologia apresentam benefícios, como maior produtividade, resistência a pragas e maior qualidade nutricional, resistência a seca, entre outras. O meio ambiente também tira proveito dessa nova tecnologia, que é considerada mais limpa e mais autossustentável que a dos defensivos agrícolas, criada no início do século XX. O objetivo da biotecnologia aplicada aos alimentos não é somente aumentar a sua produção, mas também atender à demanda dos consumidores por produtos mais seguros, nutritivos, saudáveis, saborosos e convenientes. A maioria das pesquisas em melhoramento de plantas das duas últimas décadas tem sido direcionada ao aumento da produtividade e à resistência a doenças e pragas. Mais recentemente, e evidenciando um excelente potencial, a aplicação da biotecnologia às plantas vem sendo direcionada para aumentar sua qualidade nutricional, de modo a produzir alimentos nutricionalmente fortificados, substituindo a adição de componentes sintéticos aos alimentos processados. A biotecnologia possibilita a produção de alimentos com maior valor nutricional, com aplicações na redução de carências nutricionais, como a hipovitaminose A. Possibilita ainda o aumento do valor funcional dos alimentos, reduzindo o risco de doenças crônicas não transmissíveis.

Biotecnologia - cap-00.indd 11

11/09/2012 17:24:21

Essa perspectiva dos alimentos GM está retratada nesta segunda edição do livro Biotecnologia em Saúde e Nutrição, e esperamos que essa atualização possa ajudar a desmitificar, fomentar o debate e ampliar os conhecimentos acerca desse tema.

Desejamos a todos uma boa e proveitosa leitura.

Neuza Brunoro Aluízio Borém

Biotecnologia - cap-00.indd 12

11/09/2012 17:24:21

Prefácio

Os autores Aluízio Borém e Neuza Brunoro têm um histórico de parceria na elaboração de textos para divulgação dos conhecimentos científicos que conciliam suas respectivas especialidades: Biotecnologia e Nutrição. Foram colegas na Universidade Federal de Viçosa e, mesmo trabalhando atualmente em instituições diferentes, mantêm a colaboração para nos brindar com esta obra mais abrangente intitulada Biotecnologia em Saúde e Nutrição, que traz informações atualizadas e imprescindíveis para o entendimento do tema nos dias atuais.

Os avanços na agropecuária, em função do preponderante uso das técnicas de recombinação genética ao longo das duas últimas décadas, permitiram garantir e aumentar a produção de insumos para a alimentação humana e animal, estender a proteção imunológica a rebanhos e criações, e diminuir as perdas e os danos ambientais. Conhecidos como organismos geneticamente modificados (GM), ou simplesmente transgênicos, eles causaram a maior evolução desde a revolução verde dos anos 1960 e 1970. Nesse contexto, os autores foram estimulados por seus leitores e colegas a continuar a traduzir os benefícios científicos para uma linguagem acessível a estudantes, profissionais de áreas correlatas e leitores ávidos por informações atualizadas. Assim foi delineado este novo livro, elaborado ao longo de meses, e que contou com a colaboração de diversos profissionais com formações e perspectivas próprias, porém coincidentes, no reconhecimento dos alcances da Biotecnologia em saúde e nutrição.

Ao longo de seis capítulos, os autores e seus colaboradores apresentam os conhecimentos básicos da Biotecnologia e discutem suas potencialidades e sua abrangência; sua contribuição para a área de saúde; seu papel em relação ao valor nutricional dos alimentos e da funcionalidade de seus compostos bioativos; além de demonstrarem que as modificações genéticas são seguras e inócuas para humanos e animais, e discutir com propriedade o respeito aos valores éticos desde o planejamento das transformações até o oferecimento do produto GM ao consumidor final. O livro oferece ainda aos leitores um glossário indispensável aos iniciantes no estudo da Biotecnologia.

Biotecnologia - cap-00.indd 13

11/09/2012 17:24:21

Por fim, mas não por ser menos importante, destaco em poucas palavras as trajetórias dos autores. Neuza Maria Brunoro Costa é professora associada na Universidade Federal do Espírito Santo, com doutorado e pós-doutorado no exterior, tem experiência na área de Nutrição, com ênfase em Nutrição Experimental, atuando principalmente nos temas biodisponibilidade de minerais, alimentos funcionais e valor nutricional dos alimentos. Aluízio Borém de Oliveira é professor associado na Universidade Federal de Viçosa, também com doutorado e pós-doutorado no exterior, tem vasta experiência na área de Biotecnologia aplicada a produtos agrícolas, como em melhoramento de soja e feijão, recursos genéticos e biossegurança ambiental, tendo publicado 58 livros e dezenas de artigos científicos e capítulos de livros; atuou também como vice-presidente e presidente da CTNBio. Desse modo, espero estimular o leitor a apreciar a obra Biotecnologia em Saúde e Nutrição.

Flavio Finardi Filho Presidente da CTNBio

Biotecnologia - cap-00.indd 14

11/09/2012 17:24:21

Sumário

1. Histórico da Biotecnologia................................................................................................ 1 Aluízio Borém | Fabrício R. Santos

2. Biotecnologia e Suas Aplicações à Saúde....................................................................... 13 José Xavier-Neto | Renata R. Tonelli | Aluízio Borém | Walter Colli

3. Biotecnologia e o Valor Nutricional dos Alimentos.......................................................... 27 Neuza Maria Brunoro Costa | Selma Coelho Liberato

4. Biotecnologia e o Valor Funcional dos Alimentos............................................................ 59 Neuza Maria Brunoro Costa | Selma Coelho Liberato

5. Segurança Alimentar de Produtos Geneticamente Modificados Comerciais.................... 75 Flavio Finardi Filho | Aluízio Borém

6. Bioética e Organismos Geneticamente Modificados........................................................ 99 Gilberto Paixão Rosado

7. Glossário....................................................................................................................... 117 Índice Remissivo................................................................................................................ 137

Biotecnologia - cap-00.indd 15

11/09/2012 17:24:21

Biotecnologia - cap-00.indd 16

11/09/2012 17:24:21

Histórico da Biotecnologia 1 CAPÍTULO

1

Histórico da Biotecnologia Aluízio Borém | Fabrício R. Santos

▌▌ Introdução A biotecnologia acompanha o homem desde a mais remota história, conforme mostram os relatos antigos sobre a produção de vinhos e pães. O progresso no seu entendimento ocorreu gradativamente. Após o acúmulo de conhecimentos e experiência a respeito da biotecnologia moderna, sua definição deve cobrir as várias técnicas que utilizam o DNA recombinante para gerar produtos ou serviços.

Não restam dúvidas de que a biotecnologia do século XXI é muito diferente daquela quando esse termo foi usado pela primeira vez, no século passado, para descrever procedimentos de produção de vinhos, pães e derivados lácteos. No contexto atual, tais técnicas não se enquadrariam na biotecnologia. De modo semelhante, embora se adote uma definição abrangente, a manipulação gênica por meio de enxertia e/ou o uso de microrganismos para fermentação não são tratados neste livro. O que distingue esses procedimentos da biotecnologia moderna não são os princípios envolvidos, mas as técnicas utilizadas. Por exemplo, o melhoramento genético de plantas e o melhoramento molecular compartilham vários aspectos em comum e têm, muitas vezes, o mesmo objetivo: desenvolver variedades mais úteis ao homem. O melhoramento molecular difere do melhoramento genético convencional ao tornar o desenvolvimento varietal um procedimento com resultados previsíveis. Com a engenharia genética, é possível transferir genes específicos de uma espécie doadora para a receptora, de modo controlado.

O ser humano, as plantas e os demais seres vivos são constituídos de moléculas que contêm carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre, além de outros elementos em diferentes proporções. Os seres vivos são constituídos de proteínas, as quais executam a maior parte das funções celulares e são responsáveis por vias metabólicas. Essas vias geram todos os produtos orgânicos secundários, como carboidratos e lipídios, componentes dos tecidos dos animais, da celulose das plantas etc.

Biotecnologia - cap-01.indd 1

11/09/2012 10:33:54

2 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

A biotecnologia opera em nível molecular, em que as barreiras estabelecidas na formação das espécies desaparecem. Isso é possível porque todos os seres vivos possuem o DNA como molécula fundamental portadora da informação gênica e compartilham o mesmo código genético, que codifica e determina as proteínas dos animais, das plantas e dos microrganismos. Esse código simplesmente transforma a sequência dos nucleotídeos no DNA (A, C, G ou T) em sequências de aminoácidos, que constituem as proteínas. Cada proteína é derivada, portanto, da transcrição e tradução de um gene. O conjunto de vários genes em uma mesma molécula de DNA forma o cromossomo. Finalmente, cada espécie tem um genoma próprio, composto de todos os seus genes organizados nos cromossomos, cujo número varia com as espécies.

Uma das características da biotecnologia que têm contribuído para o receio que muitos manifestam em relação a ela é a velocidade com que essa ciência evoluiu nos últimos anos e o fato de sua aplicação em benefício da sociedade ter atingido o mercado de maneira tão inesperada.

Quando a biotecnologia passou a ocupar a atenção dos cientistas e dos leigos de modo intenso a partir dos anos 1980, a maioria das pessoas se sentia desconfortável com ela. Frequentemente havia debates sobre a possibilidade de a biotecnologia resolver todos os problemas da produção de alimentos. Lamentavelmente, o modo e a rapidez com que a biotecnologia apareceu no meio científico levaram muitos dos que estavam trabalhando há anos para resolver os problemas da agricultura a uma situação de desconforto. Em determinada ocasião, chegou-se a pensar que a biotecnologia, uma ciência emergente, fosse substituir o melhoramento genético clássico, uma ciência que produziu variedades de milho, arroz, laranja, rosas etc. e novas linhagens de suínos e aves, contribuindo para a maior oferta de produtos agropecuários. Essa jamais seria uma boa notícia para aqueles que já haviam dedicado grande parte de sua vida profissional ao desenvolvimento de variedades melhoradas ou para os que haviam concluído cursos de graduação, mestrado ou doutorado em genética clássica. A falta de marketing da biotecnologia contribuiu sobremaneira para uma postura de reserva de muitos em relação a ela. Felizmente, hoje, debates sobre a ameaça de o melhoramento molecular substituir o melhoramento clássico são anacrônicos; atualmente, essas duas ciências são vistas como complementares.

▌▌ A biotecnologia anterior ao século XXI Embora os microrganismos fossem utilizados na produção de vinhos desde a mais remota história, foi a descoberta das células em um pedaço de cortiça, por Robert Hooke, em 1665, que desencadeou a onda de descobertas e invenções em biologia. Cerca de 10 anos mais tarde, Anton van Leeuwenhoek construiu um microscópio com capacidade de ampliação de 270 vezes, o que permitiu ver, pela primeira vez, os microrganismos. O microscópio descortinou um novo mundo, anteriormente invisível ao homem.

Biotecnologia - cap-01.indd 2

11/09/2012 10:33:54

Histórico da Biotecnologia 3

Somente 170 anos mais tarde Matthias Schleiden e Theodore Schwann lançaram a teoria de que todos os organismos vivos são constituídos de células. Novas questões surgiram diante dos recentes conhecimentos, incentivando os cientistas a questionar por que os filhos tendem a apresentar características semelhantes às dos pais.

Foi somente no final do século XIX que o monge Gregor Mendel, que trabalhava em Brno, República Tcheca, conseguiu desvendar os segredos da hereditariedade. Os cruzamentos de ervilhas com diferentes cores de flores realizados por Mendel, em 1865, criaram uma nova ciência: a genética. Mendel foi o primeiro pesquisador a descrever as leis da transmissão das características hereditárias. Seu experimento clássico foi fundamental para a execução do melhoramento de plantas de modo científico. Esse cientista comprovou a hipótese da dominância e recessividade e permitiu que mais tarde fosse estabelecida sua 1a Lei: “Cada característica é determinada por dois fatores que se separam na formação dos gametas.” Posteriormente, Mendel concluiu que fatores segregam independentemente para duas ou mais características. Assim, a 2a Lei de Mendel demonstrou que a separação de dois ou mais alelos em diferentes pares de cromossomos homólogos faz com que se combinem aleatoriamente em gametas diferentes, permitindo maior variabilidade genética (Figura 1.1).

A colocação de mais algumas peças do quebra-cabeça da biologia, na primeira metade do século XX, permitiu aos cientistas chegar à conclusão de que algo dentro das células era responsável pela hereditariedade. Após a adição de corantes para visualização de células ao microscópio, algumas estruturas que se coraram distintamente foram designadas cromossomos (Figura 1.2). Essas são as estruturas portadoras dos genes.

ii Figura 1.1 Gregor Mendel, o monge considerado pai da genética

Biotecnologia - cap-01.indd 3

11/09/2012 10:33:55

4 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

1

A

2

3

6

7

8

13

14

15

19

20

4

9

21

22

5

10

11

12

16

17

18

X

Y

B

ii Figura 1.2 (A e B) Cromossomos humanos (A) e Thomas H. Morgan (B), que identificou essas estruturas como portadoras das unidades da hereditariedade, os genes

O ano de 1953 foi um marco para a genética, com a descoberta da estrutura helicoidal do DNA por dois cientistas da Universidade de Cambridge, Inglaterra: o americano James Watson e o inglês Francis Crick (Figura 1.3). Os trabalhos de ambos revolucionaram a genética e aceleraram as descobertas da estrutura fina do DNA. Eles demonstraram que a dupla hélice se constituía de duas fitas pareadas, cada uma com sua sequência de nucleotídeos complementar à outra, isto é, na posição onde havia um A na primeira aparecia um T na segunda, onde havia um G aparecia um C e vice-versa.

A capacidade de o DNA codificar todos os processos dos seres vivos está na sequência do alfabeto genético (A, C, G e T), disposto ao longo de sua molécula.

Por exemplo, um gene pode ter a sequência ATGCCGTTAGACTGAAA. Os genes diferem em tamanho (número de letras ou nucleotídeos A, C, G ou T) e sequência (ordem desses nucleotídeos).

Uma peça do quebra-cabeça da genética que desafiou os pesquisadores foi a decifração do código genético. Como apenas quatro nucleotídeos codificariam os 20 diferentes aminoácidos que constituem os milhares de proteínas existentes?

Já no século XXI, o DNA, que até algumas décadas atrás só poderia ser visualizado com uma mente imaginativa, agora não só pode ser visto e fotografado, como também manipulado de modo preciso e planejado. Essa e muitas possibilidades que existiam na mente dos biólogos até há algumas décadas deram espaço para questões mais aplicadas, e a biotecnologia deixou de ser apenas uma ciência para tornar-se um empreendimento altamente promissor. Em 2000, a biotecnologia movimentou mais de US$200 bilhões apenas nos EUA. Oportunidades de empre-

Biotecnologia - cap-01.indd 4

11/09/2012 10:33:55

Histórico da Biotecnologia 5

5’ G C C A

C

C

G

G

G

A

T

G

3’

G

T

A

G

T

A

C

C T

T

C G

A T

5’

C

A

T

G

G A

C C

A T

C C

C G

G T G G C

3’

A

B

C

ii Figura 1.3 (A a C) Fitas complementares do DNA em replicação (A) e os cientistas James Watson (B) e Francis Crick (C) em fotos recentes

go e de investimento estão se materializando à medida que a biotecnologia coloca no mercado novos produtos – medicamentos, variedades etc. – e serviços – terapias, testes genéticos etc.

O corpo humano possui mais de 100 mil tipos distintos de mRNA transcritos e talvez mais de 1 milhão de proteínas, codificadas pelos cerca de 30 a 40 mil genes presentes nos cromossomos humanos, segundo estimativas do Projeto Genoma Humano. O fato de haver mais tipos de proteínas do que genes é porque muitas

Biotecnologia - cap-01.indd 5

11/09/2012 17:11:33

6 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

delas são modificações ou fragmentos de outras proteínas ou até mesmo de mecanismos de expressão diferencial do mesmo gene, assunto que não será abordado neste livro.

▌▌ Melhoramento genético convencional Nos primórdios da agricultura, quando os produtores agrícolas iniciaram a domesticação das espécies, selecionando os tipos mais desejáveis, o melhoramento realizado subjetivamente resultou nas primeiras alterações genotípicas direcionadas. Os resultados desses esforços primitivos contribuíram, de maneira decisiva, para o processo evolucionário das espécies cultivadas. Com a descoberta do sexo no reino vegetal, a hibridação de tipos diferentes foi incorporada às técnicas de melhoramento. Todavia, foram os clássicos experimentos de Gregor Mendel que forneceram as bases para o entendimento e a manipulação da hereditariedade, visando ao melhoramento e desenvolvimento de novas variedades. Ainda hoje, alguns melhoristas acreditam que o melhoramento dependa quase exclusivamente da habilidade do cientista em detectar diferenças que possam ter importância econômica. Muitos dos primeiros melhoristas eram agricultores com aguçado instinto de observação que, ao detectarem plantas atípicas em um campo, colhiam-nas para obtenção de sementes. Atualmente, com o avanço do conhecimento em genética, fisiologia, estatística, botânica, agronomia e outras áreas, o melhoramento de plantas tem-se tornado mais ciência que propriamente arte.

A fome não é fato novo na história mundial. O risco de o crescimento populacional suplantar o da produção de alimentos foi estudado por Thomas R. Malthus há aproximadamente 200 anos. As ousadas previsões de Malthus não se concretizaram até o presente, em virtude do surgimento de novas fronteiras agrícolas, da inclusão de novas técnicas e de novos insumos ao sistema produtivo e, especialmente, em razão da utilização de variedades melhoradas. Uma agricultura moderna, com uso de insumos e de variedades melhoradas, resultou em produtividades que Malthus não pôde prever. A elevação da oferta de alimentos resultou em considerável redução do seu custo, corrigido sobre a inflação, ao longo dos últimos 30 anos.

Quando se pensa no aumento da produção de alimentos, isso pode ocorrer de três maneiras: pela expansão da área cultivada, item em que o Brasil se sobressai por ter ainda diversas fronteiras agricultáveis. Todavia, essas áreas são limitadas e, no futuro, não estarão mais disponíveis. Por absoluto imperativo de sobrevivência, agricultores chineses têm avançado em ecossistemas frágeis e em reservas biológicas, com irreparáveis danos ecológicos. A expansão da área cultivada não deve ser considerada, em muitos casos, a alternativa de aumento da produção de alimentos. Uma segunda maneira de se aumentar a produção de alimentos é por meio da melhoria das condições do ambiente, como adubação, práticas culturais

Biotecnologia - cap-01.indd 6

11/09/2012 17:11:33

Histórico da Biotecnologia 7

corretas, controle de pragas e doenças, uso de sementes de qualidade, irrigação etc. A terceira maneira é pelo melhoramento genético das plantas.

Algumas das características frequentemente consideradas em diversos programas de melhoramento são aumento de produtividade, resistência às pragas e doenças e qualidade nutricional dos alimentos, entre outras.

No que diz respeito à qualidade nutricional dos alimentos, o progresso obtido pelo melhoramento de plantas tem alterado positivamente a qualidade nutricional dos alimentos, elevando o seu teor de açúcares e de vitaminas, a qualidade do óleo e a palatabilidade dos alimentos.

A resistência às pragas e doenças tem sido um dos principais alvos do melhoramento genético convencional. Por exemplo, o Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) desenvolveu, pelo melhoramento clássico, variedades de feijão resistentes aos carunchos (bruquídeos) por intermédio da introdução do gene que codifica para a proteína arcelina, que é letal a esses insetos, porém inócua ao homem e aos demais animais.

▌▌ Melhoramento genético e produção de alimentos A utilização de híbridos de milho resultou em aumento de aproximadamente 75% na produtividade das lavouras em relação aos cultivares não melhorados.

Até cerca de 30 anos atrás, o Brasil não figurava nas estatísticas da produção mundial de soja. Hoje, o país é o segundo maior produtor do mundo, com produtividade superior a 2.400kg/ha (comparável à dos EUA – principal produtor mundial). Foi o melhoramento genético que, ao desenvolver variedades mais produtivas e resistentes às pragas e doenças, permitiu que a soja pudesse ser cultivada de norte a sul do país.

A maçã talvez seja um dos exemplos mais facilmente perceptíveis da contribuição do melhoramento de plantas para a disponibilização de alimentos no Brasil.

Muitos ainda se lembram de, ao comprar maçãs, encontrar apenas as importadas e de custo elevado até cerca de 25 anos atrás. O primeiro trabalho de melhoramento em macieiras no Brasil foi feito em 1940 pelo agricultor paulista A. Bruckner, que selecionou a primeira variedade nacional dessa fruteira. Desde então, inúmeras outras variedades foram desenvolvidas, o que vem garantindo o abastecimento do mercado brasileiro com maçãs de excelente qualidade: frutos vermelhos, suculentos, firmes e de preço acessível.

▌▌ Plantas geneticamente modificadas O sistema de produção de diferentes culturas foi modificado principalmente após a Revolução Verde, sendo os impactos no ambiente resultantes do mau uso de algumas tecnologias disponíveis, como os inseticidas. O uso de inseticidas de largo

Biotecnologia - cap-01.indd 7

11/09/2012 10:33:56

8 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

espectro tem provocado danos em populações de insetos benéficos, modificando o status de insetos-praga, também havendo muitos relatos de resistência de pragas a esses produtos, desde a década de 1950. Além disso, efeitos mutagênicos, carcinogênicos e teratogênicos podem ser provocados por esses produtos. É quase impossível sequer encontrar uma pessoa que não apresente resíduos de DDT (diclorodifeniltricloroetano) e HCH (hexaclorociclo-hexano) em seu organismo. Esses problemas têm sido mitigados pelo manejo integrado de pragas, pelo uso racional desses inseticidas, levando em consideração táticas e estratégias de manejo de pragas baseadas em fatores econômicos, sociais e ecológicos. Nesse sistema de controle de danos provocados pelas pragas, os benefícios de plantas transgênicas têm sido amplamente reconhecidos. O volume e o número de pulverizações de inseticidas para controle de lepidópteros-praga caíram em culturas de milho, algodão e soja com a tecnologia Bt (denominação originária de Bacillus thuringiensis, microrganismo cujos genes conferem resistência às plantas) em países como EUA, China, México, Austrália. Embora esses benefícios possam ser evidentes, é necessária a definição de rotas de exposição a toxinas Bt em organismos não alvo. Para tanto, estratégias de manejo são avaliadas para assegurar o uso dessa tecnologia.

Plantas resistentes a estresses abióticos, permitindo o cultivo em áreas marginais, são outra linha desenvolvida pela engenharia genética. Isso pode trazer amplos benefícios, em que recursos como a água ou a salinidade são limitantes. Essas características são analisadas pela biossegurança, dada a possibilidade de elas aumentarem o potencial de invasão biológica de espécies que recebem esses genes.

Esforços no melhoramento de plantas têm possibilitado maior produtividade.

No entanto, o processo de domesticação e a seleção de variedades modernas para maior produção conduziram a menor diversidade de germoplasma ao longo do tempo. O cultivo de variedades com base genética estreita resulta em vulnerabilidade aos estresses bióticos e abióticos. O reduzido número de espécies cultivadas, a estreita base genética de alguns cultivares e as limitações impostas pela natureza ao melhoramento clássico têm sido objeto de preocupação de cientistas em todo o mundo. Um dos desafios é detectar fontes de resistência às pragas e doenças específicas que venham a surgir repentinamente ou se adaptar nessas plantas. A falta de parentes silvestres com esse tipo de resistência natural torna difícil desenvolver cultivares por meio de métodos convencionais de melhoramento. Assim, acredita-se que o maior potencial da tecnologia de transformação de plantas esteja na obtenção de variedade genética pela exploração das variantes de cada gene que há na biodiversidade natural de cada espécie.

Convenções internacionais visando à sustentabilidade da diversidade biológica ante a biotecnologia têm sido estabelecidas. Informações sobre o desenvolvimento e aplicação da biotecnologia são também pontos importantes para facilitar a conscientização pública. Os países têm, além disso, estabelecido legislações espe-

Biotecnologia - cap-01.indd 8

11/09/2012 10:33:56

Histórico da Biotecnologia 9

cíficas e normas de biossegurança para regular o uso da engenharia genética e a liberação no meio ambiente de organismos geneticamente modificados.

▌▌ Melhoramento convencional e biotecnológico No período em que a biotecnologia dava seus primeiros passos, os meios de comunicação devotaram-lhe exagerada atenção. O interesse pelo assunto cresceu de modo inacreditável, e tanto pessoas informadas quanto leigas passaram a especular sobre as aplicações da biotecnologia, gerando expectativas que não se concretizaram no tempo previsto.

Após alguns anos de investimento em pesquisas de biotecnologia, as variedades transgênicas tornaram-se comercialmente disponíveis. Seus benefícios no aumento da produção de alimentos e na redução do uso de defensivos agrícolas já podem ser avaliados.

O desenvolvimento de variedades geneticamente modificadas é simples, como se segue: ■■ Isolamento do gene de interesse.

■■ Sua engenharia para associar a ele elementos que direcionem a sua expressão.

■■ Sua incorporação ao genoma do organismo de interesse.

■■ Seleção/regeneração do organismo geneticamente modificado (OGM). O organismo transformado é, então, submetido a uma série de testes que determinam o número de cópias do transgene incorporado no genoma, os seus níveis de expressão, a sua expressão temporal e/ou tecido-específica e sua biossegurança para a saúde humana e para o meio ambiente.

A detecção de resíduos de OGM é normalmente realizada com o método da reação em cadeia da DNA polimerase (PCR). Esse método é preciso, direto, extremamente sensível e vem sendo utilizado em procedimentos que exigem altíssima precisão, como em testes de paternidade em humanos e na determinação de carga viral. A PCR baseia-se na amplificação de um fragmento de DNA específico contido no transgene ou em algum segmento de DNA exógeno a ele associado.

A amplificação é catalisada pela enzima DNA polimerase utilizando um par de oligonucleotídeos (primers) que flanqueia a região do DNA que se deseja amplificar. No processo de amplificação, o DNA extraído do alimento é submetido a uma temperatura próxima a 90ºC, quando as duas fitas do DNA se separam. A temperatura é diminuída para cerca de 55ºC, e os primers ligam-se ao DNA-alvo em fitas opostas. Em seguida, a temperatura é elevada a 72ºC, e uma enzima DNA polimerase termorresistente estende os primers, sintetizando duas novas fitas na região flanqueada pelos primers, tomando como molde as fitas originais. Esse ciclo de variação de temperatura é repetido entre 30 e 40 vezes, de tal modo que a

Biotecnologia - cap-01.indd 9

11/09/2012 10:33:56

Histórico da Biotecnologia 11

genoma disponibilizará o conhecimento científico básico para o desenvolvimento de terapias gênicas para doenças hoje incuráveis, como diabetes tipo 2 e outras de fundo genético, porém evitáveis com dieta adequada, a exemplo do câncer de cólon e das doenças cardíacas.

Até o final de 2002, os geneticistas já haviam isolado cerca de 13.000 genes humanos e determinado sua função, incluindo desde aqueles que codificam para cor do olho, proteínas do sangue, até aqueles que, quando alterados, podem levar a predisposição a desenvolver câncer de mama, câncer de próstata etc.

▌▌ Bibliografia Alcamo E. DNA technology: the awesome skill. New York: Hardcourt Academic Press; 1999. p. 348.

Borém A. Escape gênico e transgênicos. Visconde do Rio Branco, MG: Suprema; 2001. p. 206.

Borém A. Melhoramento de espécies cultivadas. 1. ed. Viçosa, MG: UFV; 1999.

Borém A. Melhoramento de plantas. 3. ed. Viçosa, MG: UFV; 2001. p. 500.

Borém A, Santos FR. Biotecnologia simplificada. Visconde do Rio Branco, MG: Suprema; 2002. p. 249.

Canadian Food Information Council. Articles on agri-food biotechnology: (1) What about antibiotic resistance marker genes? (2) What about food safety and allergens? (3) What about substantial equivalence? 2002.

Drlica K. Understanding DNA and gene cloning: a guide for the curious. 3. ed. New York: John Wiley & Sons; 1996. p. 323.

International Food Biotechnology Council. Allergenicity of foods produced by genetic modification.

In: Clydesdale E (Ed.). Critical reviews in food science and nutrition. v. 36. New York: CRC Press; 1996.

Lewin B. Genes VII. Oxford: Oxford Univ Press; 1999. p. 847.

Messina L. Biotechnology. New York: HW Wilson; 2000. p. 186.

Perelman C. Ética e direito. São Paulo: Martins Fontes; 1999. p. 322.

Varella MD, Fontes E, Rocha FG. Biossegurança e biodiversidade – Contexto científico e regulamentar. Belo Horizonte: Del Rey; 1999. p. 301.

Watson JD, Gilman M, Witkowski J. Recombinant DNA. 2. ed. New York: WH Freeman & Co. Press; 1992. p. 626.

Homepages sugeridas ABS Global: <http://www.absglobal.com/>.

Access Excellence: <http://www.accessexcellence.org/AB/>.

CTNBio: <http://www.ctnbio.gov.br/>.

Dietitians of Canada: <http://www.dietitians.ca/>.

FDA: <http://www.fda.gov/>.

Food Biotechnology Communications Network: <http://www.foodbiotech.org/>.

Institute of Food Science and Technology: <http://www.ifst.org/hottop19.htm>.

Ontario AgriFood technologies: <http://www.oaft.org/>.

WHO: <http://www.who.int/en/>.

Biotecnologia - cap-01.indd 11

11/09/2012 10:33:56

Biotecnologia e Suas Aplicações à Saúde 13 CAPÍTULO

2

Biotecnologia e Suas Aplicações à Saúde José Xavier-Neto | Renata R. Tonelli | Aluízio Borém | Walter Colli

▌▌ Introdução A tecnologia do ácido desoxirribonucleico (DNA) recombinante modificou radicalmente o tratamento e o prognóstico de determinadas doenças humanas provocadas pela ausência ou pela função deficiente de proteínas, pois, pela introdução de genes humanos no DNA de uma bactéria, é possível criar “fábricas” para essas proteínas. Se quisermos colocar um ponto inicial nessa aventura temos que nos reportar à descoberta das enzimas de restrição por Werner Arber, Daniel Nathans e Hamilton Smith, que ganharam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1978. As lições desse prêmio merecem ser aprendidas, pois essa descoberta é um exemplo de como a ciência progride. Esses homens estavam preocupados em entender o fenômeno da restrição, isto é, do ataque bacteriano a DNA estranhos sem que o próprio DNA da bactéria receptora fosse destruído.

Nada mais básico. No entanto, a descoberta dessas enzimas forneceu as primeiras ferramentas (os bisturis) para o advento da Engenharia Genética.1 As enzimas de restrição são produzidas por bactérias para destruir o DNA de invasores, mas como elas hidrolisam o DNA em sequências específicas, percebeu-se que poderiam ser utilizadas para o procedimento cirúrgico de retirar genes de um contexto original em um genoma para sua posterior introdução em plasmídeos – DNA circulares pequenos que existem nas bactérias. Esses plasmídeos assim modificados (engenheirados) são introduzidos em outra bactéria, que passa a expressar o gene de interesse. Foram Herbert Boyer e Stanley Cohen que, em 1976, divisaram essa metodologia. Juntamente com Robert Swanson, um capitalista de risco de apenas 27 anos, fundaram a Genentech – Genetic Engineering Technology. Em 1978 eles haviam clonado o gene da insulina, licenciado para o laboratório Lilly e, em 1985, fizeram o mesmo com o hormônio de crescimento. É necessário dizer que, antes do advento dessa tecnologia, os diabéticos recebiam injeções de insulina de porco ou de boi, que apresentam diferenças em relação à proteína humana em 1 e 3 aminoácidos, respectivamente, de um total de

Biotecnologia - cap-02.indd 13

11/09/2012 10:40:31

14 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

51 aminoácidos. Devido a essas diferenças, com o tempo formavam-se anticorpos contra essas insulinas estranhas. Além de viabilizar a produção de uma insulina verdadeiramente humana, a biotecnologia melhorou ainda mais essa insulina, invertendo a posição de dois aminoácidos na cadeia B. De fato, a sequência de aminoácidos da cadeia B da insulina humana natural termina com -Pro28-Lys29-Thr30 -COOH. Usando a biotecnologia foi possível sintetizar uma insulina invertendo as posições 28 e 29 da cadeia B: -Lys28-Pro29-Thr30-COOH. A insulina, na sua sequência natural, forma hexâmeros que tornam a absorção mais lenta. Assim, os diabéticos que usavam insulina antes das refeições tinham que injetá-la 30 a 45min antes da refeição, causando transtornos, pois nem sempre é possível programar a hora exata da refeição. A permuta de aminoácidos impede que sejam formados hexâmeros, tornando a insulina mais solúvel e, portanto, facilitando sua absorção. Desse modo, ela pode ser injetada poucos minutos antes ou no início da refeição. Essa insulina é também destruída mais rapidamente que a insulina regular, diminuindo o risco de hipoglicemia. Outros análogos também existem e foram possíveis pelo emprego da técnica de engenharia genética.2 Antes da engenharia genética, as crianças com deficiência de hormônio de crescimento tinham que usar o hormônio retirado de hipófises de cadáveres humanos. Por isso, muitas adquiriram a doença de Creutzfeldt-Jakob, pois no processo de purificação do hormônio havia, inadvertidamente, a contaminação com príons, que são proteínas capazes de desencadear essa doença (kuru, encefalopatia espongiforme, doença humana equivalente à doença da vaca louca). A síntese do hormônio de crescimento humano em bactérias eliminou esse problema.

A partir de 1980, quando se reconheceu que as transfusões de sangue eram responsáveis pela contaminação com o vírus da imunodeficiência humana (HIV) e o vírus da hepatite B (VHB), iniciaram-se os estudos para a produção dos fatores VIII (hemofilia A) e IX (hemofilia B, doença de Christmas) da coagulação sanguínea por métodos de transgenia.

Muitas pessoas questionam por que a maioria das pesquisas para desenvolvimento de novos medicamentos e terapias destinados a humanos é conduzida em murinos como os camundongos e os ratos. Fundamentais para a pesquisa biológica, os camundongos tiveram seu genoma sequenciado em 2002, enquanto o sequenciamento do genoma do rato foi concluído em 2004. Uma das razões para o seu amplo uso no desenvolvimento de novos fármacos é que esses animais se adaptam e se reproduzem muito bem nas condições de laboratório, pois são pequenos e de manutenção relativamente fácil. Além disso, existe grande semelhança entre os genes e as funções metabólicas e fisiológicas do homem com esses roedores (as semelhanças genéticas entre homens e ratos ultrapassam os 90%) e a sua manipulação para esse fim não traz tantos problemas éticos, práticos e econômicos quanto, por exemplo, o estudo com chimpanzés. Assim, os hormônios de crescimento, que são clinicamente utilizados em seres humanos, foram desen-

Biotecnologia - cap-02.indd 14

11/09/2012 17:13:43

Biotecnologia e Suas Aplicações à Saúde 15

volvidos e experimentados em ratos. Atualmente, por razões éticas óbvias, o uso de pessoas como sujeitos experimentais no desenvolvimento de novas terapias só ocorre após estabelecidas condições mínimas de segurança dos novos tratamentos em animais de experimentação.

Ratos e camundongos são modelos animais importantíssimos para a pesquisa biológica em várias áreas, como o câncer e a neurociência. Na última década desenvolveram-se ferramentas para produção de camundongos transgênicos com as quais podem ser acionados ou desativados determinados genes em tecidos específicos, o que tornou esses animais recursos ainda mais valiosos para pesquisa.

Milhões de dólares estão sendo investidos no estudo desses roedores. O projeto mais recente é o do International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC),3 cujo principal objetivo é a fenotipagem de cerca de 4 mil mutantes em um período de 5 anos, a um custo estimado em US$900 milhões. De maneira simplificada, a estratégia de silenciar genes de animais é muito semelhante àquela utilizada pelos antigos fisiologistas, que retiravam um órgão do animal para depois verificar os sintomas produzidos. Atualmente inativa-se um gene e verifica-se que proteínas deixam de ser fabricadas e quais os efeitos produzidos nas redes regulatórias e metabólicas.

Roedores também são fundamentais para a produção de fármacos que incorporam tecnologia de ponta. É o caso da Genzyme,4 empresa com sede em Cambridge, Massachusetts, especializada no desenvolvimento dos chamados medicamentos órfãos, isto é, remédios voltados para doenças raras e para os quais não existem similares. A empresa produz medicamentos para doenças lisossômicas (doenças genéticas causadas pelo acúmulo de moléculas como lipídios, mucopolissacarídeos, gangliosídios e outras que, normalmente, são facilmente degradadas pela ação de enzimas específicas). Ocorre que nessas doenças há falhas nas enzimas que deveriam quebrar tais moléculas, que então se acumulam dentro dos lisossomos, as organelas celulares responsáveis pela digestão intracelular e reciclagem de proteínas. O acúmulo dessas proteínas em órgãos como cérebro, coração e fígado provoca doença progressiva e dramática, com graves consequências para os portadores que, frequentemente, apresentam retardo no crescimento, distúrbios motores, convulsões, surdez, cegueira, demência, aumento de fígado e baço e problemas cardiorrespiratórios. A estratégia empregada pela empresa para o desenvolvimento de terapias específicas para as doenças lisossomais é a de sintetizar análogos funcionais das enzimas humanas em células derivadas de roedores (células de ovários de hamsters da China), purificá-las e administrá-las por via endovenosa. Essas enzimas parecem exercer seus efeitos no meio extracelular, mas em alguns casos é possível que elas sejam absorvidas (endocitadas) pelas células por meio de sua interação com receptores de membrana (http://www. genzyme.com/). Os principais clientes da Genzyme são governos que custeiam esses medicamentos caros: é mais racional do ponto de vista da saúde pública ter

Biotecnologia - cap-02.indd 15

11/09/2012 10:40:31

Biotecnologia - cap-01.indd 12

11/09/2012 10:33:56

16 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

cidadãos produtivos, pagadores de impostos, do que pessoas precocemente aposentadas por invalidez.

▌▌ Organismos transgênicos O processo de transgenia é bem-sucedido porque o código genético é universal.

Para todos os seres vivos do planeta, a sequência de DNA que codifica um códon CAG é lida pelo ribossomo como instrução para acrescentar o aminoácido glutamina na cadeia proteica que está sendo sintetizada, seja essa célula uma bactéria, uma levedura, uma célula vegetal ou animal. Essa é a base da técnica do DNA recombinante e a mesma lógica fundamenta a construção de organismos transgênicos, sejam eles fungos, plantas ou animais.

Animais transgênicos Um animal transgênico é aquele gerado pela introdução estável em seu genoma de uma sequência de DNA previamente manipulada em laboratório. Essa definição ampla (lato sensu) inclui genes integrados ao genoma por meio de numerosas técnicas de introdução do DNA, incluindo injeção pronuclear, transdução viral (p. ex., usando lentivírus), recombinação homóloga em células-tronco embrionárias (p. ex., animais nocaute) e outras.5,6

Papel da transgenia em animais mamíferos: descoberta de fármacos e modelos de doença O advento do sequenciamento do genoma humano trouxe a expansão dos potenciais alvos da indústria farmacêutica – de cerca de 400 alvos estudados nos últimos 50 anos para quase 30.000 –, ou seja, o número estimado de nossos genes. Esse vasto número de alvos tem sido investigado com o uso cada vez mais eficiente de abordagens de larga escala, mas é claro que as estratégias in vitro demandarão futuros ensaios in vivo, que permanecem fundamentais para o processo de descoberta e desenvolvimento de fármacos.7 A transgenia em animais permite estudos mais realistas da função do gene em condições fisiológicas e fisiopatológicas do que aqueles realizados a partir de estudos in vitro com células. Atualmente o animal transgênico oferece à academia e à industria farmacêutica a capacidade de “validar” um alvo. Por validação de um alvo terapêutico entende-se a confirmação dos efeitos benéficos oriundos da inibição da atividade de um gene ou proteína. Um bom exemplo desse procedimento foi a determinação de que a inativação (nocaute) do gene da ciclo-oxigenase 2 (Cox-2) protegia camundongos nocaute contra as manifestações da artrite autoimune, validando assim esse gene/proteína como um alvo terapêutico.7

Biotecnologia - cap-02.indd 16

11/09/2012 10:40:32

18 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

santes é o da antitrombina humana produzida pela empresa americana GTC Biotherapeutics por meio de cabras transgênicas. A antitrombina, proteína presente no sangue, é um anticoagulante tradicionalmente obtido a partir de doações de sangue, o que a torna escassa e cara, além de oferecer risco de contaminação por agentes infecciosos. O nascimento de cabritinhas transgênicas mudou esse cenário. O leite é enviado ao laboratório e a proteína é purificada. Como elas produzem leite diariamente, o produto é mais abundante e, com o tempo, o preço no mercado tende a cair.

Há pesquisas nesse sentido também no Brasil. Pesquisadores da Universidade Estadual do Ceará criaram Tinho e Camila, um casal de cabras transgênicas nas quais foi inserido o gene humano que produz o fator de estimulação de colônias de granulócitos, uma proteína que estimula o sistema de defesa e é usada no tratamento de pessoas imunossuprimidas.18

Papel dos organismos transgênicos não mamíferos no controle de doenças Na pauta de desenvolvimentos também estão uma vacina e duas novas substâncias antimalária, resultado da intensificação dos estudos sobre a doença que mata uma pessoa no mundo a cada 45 segundos. Hoje, pesquisadores têm em mãos o sequenciamento do genoma humano do Anopheles sp., o mosquito transmissor da doença, e o do Plasmodium falciparum, o protozoário que causa a doença. A malária atinge principalmente populações pobres de países com baixos índices de desenvolvimento. O estímulo para a retomada das pesquisas veio com a criação, em 2002, do Fundo Global para Combate à AIDS, Tuberculose e Malária, sugerido por dois professores da Universidade de Harvard, Jeffrey Sachs e Amir Attaran. A participação da Fundação Melissa e Bill Gates no financiamento das pesquisas também tem sido decisiva para o desenvolvimento de novas estratégias contra a doença. Na Johns Hopkins Schooll of Public Health, em Baltimore, EUA, desenvolvem-se mosquitos transgênicos incapazes de se contaminar com malária e, portanto, de transmitir a doença.21 A doença é complexa e, segundo cientistas, só uma abordagem múltipla será capaz de, um dia, erradicar a malária da face da Terra (Figura 2.1).

▌▌ As promissoras células-tronco Se existe uma área promissora da biotecnologia que atrai o interesse tanto da mídia quanto da população em geral, esse é o terreno das células-tronco. Basicamente, as células-tronco têm uma incrível capacidade de autorrenovação e o poder de se manterem pouco diferenciadas. Outra de suas características é dar origem a vários tipos de células especializadas.

Algumas células de organismos multicelulares são tão especializadas que jamais se dividem. Outras têm um limite para sua capacidade de entrar em mitose,

Biotecnologia - cap-02.indd 18

11/09/2012 10:40:32

Biotecnologia e Suas Aplicações à Saúde 19

ii Figura 2.1 Mosquito transgênico (Anopheles stephensi) expressando GFP (proteína verde fluorescente), codificado por um gene de Aequorea victoria, uma água-viva. Esse gene é frequentemente usado como repórter, isto é, como demonstração visual de que o processo de inserção de um transgene foi bem-sucedido. GFP existe em muitos outros organismos marinhos. Esse gene foi inserido no mosquito com um promotor específico para os olhos, mas o mosquito também porta outro gene expressando o peptídio SM1 que bloqueia o desenvolvimento do plasmódio no mosquito Fonte: cortesia de Marcelo Jacobs-Lorena da Johns Hopkins School of Public Health.

a qual é determinada pelos telômeros – sequências repetitivas de DNA nas extremidades dos cromossomos que, além de protegê-los contra deterioração, vão encurtando a cada nova divisão celular. Sem eles, a célula é impedida de se dividir novamente e entra em senescência ou apoptose.

Quando uma célula-tronco entra em mitose e se divide, uma das células-filhas pode manter características de célula-tronco, enquanto a outra, dependendo dos sinais químicos do meio, pode se diferenciar e se especializar. As células-tronco foram inicialmente descritas em camundongos.22 Como todos os mamíferos, os camundongos necessitam, para o seu desenvolvimento, da presença de estruturas embrionárias e de estruturas extraembrionárias como o âmnion e o córion, além da placenta, um órgão extraembrionário de origem mista, materna e fetal. Tanto os tecidos embrionários quanto os extraembrionários derivam de uma única célula, o óvulo fecundado pelo espermatozoide, que também é conhecido como zigoto. O zigoto e os seus derivados mais imediatos, os blastômeros iniciais, são as únicas células verdadeiramente totipotentes, ou seja, capazes de dar origem a todas as células necessárias para o desenvolvimento de um organismo mamífero.

Com a divisão das células do embrião recém-formado em células internas (massa interna) e externas (trofoblasto) observa-se uma importante restrição na potência celular com a transição da totipotência (Tabela 2.1) para a multipotência. Desse modo, as células da massa interna ficam com a capacidade de gerar o embrião e parte das membranas extraembrionárias (âmnion e parte do córion), enquanto as células do trofoblasto ficam com a competência de gerar o córion, que vai induzir a formação da placenta com a contribuição da decídua, um tecido uterino.23

Biotecnologia - cap-02.indd 19

11/09/2012 10:40:32

20 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

Tabela 2.1 Definições de potenciais de diferenciação Potência

O conjunto total das opções de comprometimento com tipos celulares disponíveis para uma célula

Totipotência

Totipotência é observada no zigoto de animais e no meristema de células vegetais. Nunca foi demonstrada em nenhum tipo de célula-tronco de vertebrados

Pluripotência

Capacidade de formar todas as linhagens celulares corpóreas, incluindo células germinativas e alguns, ou mesmo todos, tipos celulares extraembrionários. Por exemplo, células-tronco embrionárias

Multipotência

Capacidade de formar múltiplas linhagens celulares que compõem um tecido ou tecidos. Por exemplo, células-tronco hematopoiéticas

Oligopotência

Capacidade de formar duas ou mais linhagens pertencentes a um tecido. Por exemplo, uma célula-tronco neural que pode formar subtipos de neurônios cerebrais

Unipotência

Capacidade de formar apenas uma linhagem. Por exemplo, células-tronco espermatogoniais

Fonte: modificada de Smith, 2006.24

É correto entender o desenvolvimento como um processo contínuo de perda de potência de geração de tipos celulares que acontece simultaneamente à própria geração de uma ampla diversidade de células.24 Células pluripotentes são aquelas derivadas da massa celular interna dos blastocistos, isto é, dos embriões de até cinco dias após a fertilização e cerca de 150 células – são as células-tronco embrionárias. Células-tronco adultas são classificadas como multipotentes, com capacidade de dar origem a uma variedade limitada de outros tipos de células, mas todas da mesma família – como ocorre com as células-tronco hematopoiéticas. Essa capacidade pode ser bastante limitada: há células-tronco capazes de dar origem a apenas um tipo de célula e que devem sua definição apenas à sua capacidade de autorrenovação. Alguns marcadores moleculares presentes na superfície dessas células são o principal meio de sua caracterização. É importante destacar, em que pese seu enorme potencial terapêutico, que até hoje só existem três terapias celulares reconhecidas que empregam células-tronco: o transplante de pele,25 o transplante de córnea26 e o transplante de medula, usado, por exemplo, no tratamento das leucemias.27 Neste último caso, o que se faz é matar as células-tronco da medula doente e substituí-las por células-tronco sadias por meio de infusão. As novas células caem na corrente sanguínea e migram para a medula óssea, onde passam a produzir células sanguíneas saudáveis, curando o paciente.

As células-tronco de cordão umbilical – que são células-tronco adultas hematopoiéticas – também podem ser usadas para esse fim. Há uma série de bancos

Biotecnologia - cap-02.indd 20

11/09/2012 10:40:32

Segurança Alimentar de Produtos Geneticamente Modificados Comerciais 75 CAPÍTULO

5

Segurança Alimentar de Produtos Geneticamente Modificados Comerciais Flavio Finardi Filho | Aluízio Borém

▌▌ Introdução Plantas geneticamente modificadas (GM), ou transgênicas, como popularmente são conhecidas, são aquelas obtidas pela transformação gênica, isto é, pela introdução de genes exógenos modificados pela tecnologia do DNA recombinante.

Diversas foram as transformações realizadas em plantas que resultaram em produtos estáveis, com o traço agronômico permanente no genoma das espécies GM. As finalidades dessas transformações também são variadas, porém podem ser agrupadas segundo algumas características. Por exemplo, a melhoria de perfil agrícola tem sido buscada, sobretudo em grãos de cereais e leguminosas, como na proteção contra pragas (resistência a insetos, vírus, fungos, nematoides), na tolerância a herbicidas, na adaptação a condições desfavoráveis do meio (estresse abiótico, salinidade), no desenvolvimento e captação de nutrientes (fotossíntese, nodulação), entre outras (Tabela 5.1).

Uma classificação mais abrangente que demonstre a evolução das inúmeras modificações genéticas já realizadas torna-se uma tarefa árdua, se forem tomados os critérios usados na Tabela 5.1 como base, em função da diversidade de genes e de propostas de incorporação de novos traços genéticos em vegetais tradicionais.

Porém, se agrupadas em ciclos de desenvolvimento, essas iniciativas tendem a ser mais bem entendidas. Assim, admitem-se a existência e a perspectiva de três gerações de plantas geneticamente engenhadas, em processo que carrega em si pesos relativamente distintos quanto ao tempo de seu desenvolvimento, aos obstáculos metodológicos enfrentados, à complexidade dos passos metabólicos envolvidos e ao monitoramento de risco dos novos produtos.

Em cada planta transformada, são introduzidas novas proteínas ou enzimas, ou, ainda, modificadas proteínas preexistentes. Esse fato criou a expectativa natural de se obterem soluções para aumentar os baixos teores de aminoácidos essenciais em alimentos vegetais, sobretudo dos sulfurados em leguminosas, para elevá-los ao padrão de qualidade das proteínas de origem animal. As proteínas

Biotecnologia - cap-05.indd 75

11/09/2012 11:13:20

76 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

jj Tabela 5.1 Inserção e expressão de genes quiméricos em plantas geneticamente modificadas Classificação

Finalidade

Genes quiméricos

Estresse abiótico

Tolerância

gpat, sod, MtID

Salinidade

Tolerância

Beta, p5cs, hvat, codA, afp, imt 1

Proteínas de reserva – sementes

–

Faseolina, fito-hemaglutinina, conglicinina, patatina, glutenina zeína

Qualidade nutricional (provitamina A)

–

Psy, crtl, Icy

Esterilidade – fertilidade

–

Gene da ribonuclease (barnase), inibidor de ribonuclease (barstar)

Fotossíntese

–

Proteína ligante clorofila a/b, ribulose-I, carboxilase 5-bisfosfato (subunidade pequena)

Nodulação

–

Lectina, leg-hemoglobina

Transpóson

–

Ac, Ds, Tam, Em-1

Fungos

Resistência

Quitinase, proteína inativadora de ribose (RIP)

Vírus

Proteção

Gene da capa proteica, antissenso da capa proteica, RNA satélite

Inseto

Resistência

Toxina Bt, cryIA(a), cryIA(b), cryIA(c), cryIC, cryIIIA, inibidor de protease (CpTi), cistatina de milho (CC), cistatina de arroz I (OCI), inibidor de amilase (a-ai), lectina (gna), gene da avidina

Herbicida

Tolerância

AroA e EPSPS (glifosato), bar (fosfinotricina), bxn (bromoxinil), ALS (sulfonilureia), tfdA (2,4-D)

Coloração visível

–

b-glicuronidase, luciferase, b-galactosidase

Fármacos

Resistência

Neomicina fosfotransferase, cloranfenicol acetiltransferase, desidrofolato redutase, higromicina fosfotransferase, estreptomicina fosfotransferase

Pigmentação

–

Desidroquercitina redutase, calcona sintase

Outros

–

Poligalacturonase, chaperonas, quitinase, tubulina, ATP sintase, isoentenil transferase, metalotionina, proteína relacionada à patogênese, fitocromo

Fonte: adaptada de Mohan Babu et al., 2003.1

Biotecnologia - cap-05.indd 76

12/09/2012 11:28:35

Segurança Alimentar de Produtos Geneticamente Modificados Comerciais 77

vegetais que, pela análise de aminoácidos, colocavam-se como as mais promissoras eram a zeína 21-kDa de milho, a albumina 2S de castanha-do-pará e a albumina de semente de girassol. A introdução do gene que expressa a proteína do girassol em tremoço (Lupinus angustifolius) permitiu o aumento de produção de lã e de peso corporal de ovelhas alimentadas com dietas à base das sementes transformadas. Em outro trabalho, dentro da mesma linha, uma diferença significativamente positiva na relação entre dieta ingerida e ganho de peso também foi identificada em frangos alimentados com o tremoço GM.2,3 A incorporação de nutrientes, via aumento de captação e retenção do solo, introdução de novas vias metabólicas ou eliminação de inibidores, tem sido uma busca constante para alimentos consumidos por populações pobres. Aumento de captação de Fe2+ ou diminuição de fitatos de alimentos como leguminosas e cereais são propostas para melhorar a biodisponibilidade de ferro ainda em fase de desenvolvimento.

A complementação de vias metabólicas no arroz (Oryza sativa) para possibilitar a síntese de betacaroteno no endosperma dos grãos foi um passo importante, seja pela complexidade das transformações realizadas, seja pela abertura de novas formas de suplementação de nutrientes. Dados de estudos anteriores demonstravam a capacidade de síntese de precursores dos carotenoides, como o geranil geranil difosfato, porém havia a falta de enzimas que concluíssem o ciclo. Os autores introduziram um gene de enzima de bactéria do solo, juntamente com um da flor narciso silvestre e dois genes promotores, viabilizando síntese de até 1,6mg de carotenoides/g de arroz.4 Estudos mais recentes atingiram 16 vezes mais carotenoides provitamina A do que os resultados iniciais.5 Pesquisas nesse sentido contam com a colaboração da iniciativa privada e de grupos de instituições públicas licenciadas da Índia, Filipinas, China, Bangladesh, Indonésia, Vietnã e África do Sul, para contribuir com a Golden Rice Network,* visando à diminuição da deficiência de vitamina A entre populações carentes.

A redução de peptídios alergênicos de soja já teve seus primeiros resultados positivos, com o silenciamento de gene correspondente à principal proteína imunogênica da soja, semelhante a outras da superfamília das papaínas, ou seja, uma classe de proteases – enzimas que digerem outras proteínas – encontradas no mamão.

▌▌ Evolução das plantas geneticamente modificadas A Tabela 5.2 resume as fases mencionadas anteriormente com as principais linhas de desenvolvimento de plantas GM em curso e as perspectivas para os próximos anos. * http://www.goldenrice.org.

Biotecnologia - cap-05.indd 77

11/09/2012 11:13:20

78 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

jj Tabela 5.2 Perspectiva de evolução de plantas geneticamente modificadas Primeira geração (1995-2006)

Segunda geração (2007-2011)

Terceira geração (após 2011)

Tolerantes a herbicidas: soja, milho, canola, trigo, beterraba açucareira, algodão, chicória

Resistência a fungos: trigo, canola, girassol, frutas

Plantas GM resistentes aos fatores de estresse abiótico (frio, salinidade, seca)

Resistentes a insetos: milho, algodão e batata

Resistência a vírus: beterraba açucareira, batata, tomate, melão, frutas (árvores)

Plantas GM com rendimento elevado (todas as culturas)

Conteúdos de amido ou ácidos graxos modificados: batata, soja, canola

Tolerância a herbicidas: trigo, cevada, arroz

Plantas GM para fazendas moleculares (tabaco, milho, batatas, tomate)

Modificações de forma ou cores: flores

Conteúdo de amido modificado: batata, milho

Plantas GM com elevado conteúdo de ingredientes funcionais (arroz, legumes)

Controle do amadurecimento de frutos: tomate

Conteúdo de ácidos graxos modificados: soja, canola

Árvores GM com conteúdo modificado de lignina

Dupla modificação-resistência e tolerância: milho e algodão

Conteúdo modificado de proteínas: canola, milho e batata

Culturas GM hipoalergênicas

–

Alta concentração de ácido erúcico: canola

–

Vale mencionar que o tempo necessário para o desenvolvimento de uma planta GM, dos ensaios em laboratório até se alcançar sua liberação, depende dos organismos envolvidos e dos traços almejados, sendo estimado entre 8 e 12 anos.

Outro ponto que merece destaque refere-se ao interesse econômico e comercial na condução de pesquisas em genética molecular e de transformação de vegetais pela via do rDNA. Um rápido levantamento em bancos de dados e indexadores de trabalhos científicos permite avaliar que o fator econômico comanda ou estimula o aporte de recursos nas pesquisas sobre as plantas GM. A Tabela 5.3 mostra o número de trabalhos publicados sobre esse tema em periódicos científicos confrontados com os processos de patentes pelo Derwent Innovations Index.

As proporções são semelhantes. Ressalvando-se as distorções que esse tipo de levantamento pode conter em dados quantitativos, sem uma análise mais profunda do conteúdo, nota-se que as palavras-chave vinculadas às três primeiras plantas remetem a um volume superior de publicações e de patentes em relação a Arabidopsis e ao tabaco, que são consideradas as plantas-modelo para estudos de função gênica e de transformação molecular. Nota-se também uma expansão natural nos últimos 5 anos que, em alguns casos como os do milho e arroz, triplicou o número de pesquisas e patentes em relação ao período dos 10 anos anteriores.

Biotecnologia - cap-05.indd 78

11/09/2012 11:13:20

Segurança Alimentar de Produtos Geneticamente Modificados Comerciais 79

jj Tabela 5.3 Publicações científicas e patentes sobre plantas geneticamente modificadas em bancos de dados pesquisados em janeiro/2005 e abril/2010 Palavras-chave primárias

genet* modif*

Planta

Web Sci.1

DI Index2

Buscas até

2005

2010

2005

2010

Milho – maize ou corn

566

1.729

213

795

Soja – soy*

351

848

166

588

Arroz – rice

98

483

121

456

Tomate – tomato

165

278

145

219

Algodão – cotton

156

353

169

320

Cana-de-açúcar – sugarcane

16

35

31

59

Arabidopsis

83

902

87

273

Tabaco – Nicotiana

50

193

22

69

Asterisco é usado para permitir a busca por palavras derivadas da mesma raiz.

Web of Science [http://portal.isiknowledge.com/portal.cgi].

2 Derwent Innovations Index [http://portal.isiknowledge.com/portal.cgi]. * 1

Plantas que representam as grandes commodities e que, ao mesmo tempo, fazem parte das cadeias alimentares humana e de gado foram as primeiras escolhidas para os ensaios de desenvolvimento de novos traços agronômicos e nutricionais. Por menores que fossem as melhorias atingidas pelas transformações via rDNA, um pequeno aumento de produtividade no campo tem a capacidade de gerar impacto nas safras de alimentos básicos e, consequentemente, na produção total de alimentos, independentemente da abertura de novas fronteiras agrícolas e da recuperação de solos erodidos. Nessa perspectiva, há uma grande esperança internacional de crescimento de produtividade vinculado à biotecnologia moderna em setores do agronegócio.

▌▌ Alimentos geneticamente modificados Devido à importância econômica, a soja passou a ser, juntamente com o milho e o arroz, uma das plantas mais visadas para a transformação genética. O uso dos grãos de soja, de suas frações e de seus derivados na alimentação humana e de animais levou pesquisadores de instituições públicas e de empresas privadas a escolhê-la como alvo de diferentes tipos de transformações.

A mais conhecida alteração genética realizada em vegetais é a que envolve genes de tolerância a herbicidas, sobretudo o glufosinato e o glifosato. O glufosinato, ou L-fosfinotricina, é um inibidor competitivo, impedindo a formação de

Biotecnologia - cap-05.indd 79

11/09/2012 17:14:26

80 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

glutamina, um aminoácido importante na formação de diversos componentes do vegetal (Figura 5.1). Sua ação resulta em acúmulo de amônio nas células, levando a planta à morte. A tolerância aos sais de glufosinato é transferida à planta pelo gene bar de Streptomyces hygroscopicus, que codifica para a enzima fosfinotricina N-acetiltransferase, responsável pela inativação de sua ação herbicida.

Durante sua ação, o glifosato, ou N-fosfometilglicina, impede a síntese de aminoácidos aromáticos, inviabilizando o desenvolvimento do vegetal (Figura 5.2).

Nas primeiras transformações realizadas em plantas, o gene CP4 era um marcador usado para selecionar os tecidos mutados durante as fases seguintes de culturas de células, sendo posteriormente engenhado para melhorar sua expressão nas plantas superiores. O gene foi adaptado para uso em soja e em algodão e canola.

Por meio da introdução do CP4 EPSPS, o vegetal em condições normais passa a ter a expressão de duas enzimas com a mesma finalidade, porém, na presença do herbicida, somente a EPSP sintase modificada será expressa, garantindo o metabolismo de compostos aromáticos indispensáveis para síntese de triptofano, feni-

NH2 HO2C

CH

O CH2

CH2

P

Me

Outros aminoácidos

OH

Glutamato Proteínas

Fosfinotricina Triptofano

Histidina Glutamina sintase

NH4+

Arginina

Glutamina

Carbamoil fosfato

ATP Mg2+

CTP Ácidos nucleicos AMP Glicosamina 6-P NAD(P)+

Polissacarídeos complexos Metabolismo oxidativo

ii Figura 5.1 Mecanismo de ação do herbicida sobre a glutamina sintase e suas consequências no metabolismo da planta

Biotecnologia - cap-05.indd 80

11/09/2012 11:13:20

Glossário 117 CAPÍTULO

7

Glossário

-AA: abreviatura de adenina.

Ab: abreviatura de anticorpo.

Aberração cromossômica: alteração na estrutura cromossômica, sobretudo causada por deficiência, duplicação, inversão e translocação ou no número de cromossomos, por aneuploidia ou poliploidia. Especialmente em animais, a maioria das alterações cromossômicas não é benéfica, podendo ser letal. Ver Mutação.

Abiótico: desprovido de organismos vivos. Plantas sob estresse abiótico são aquelas submetidas a condições de seca, a solos com alta salinidade ou constituintes inorgânicos (p. ex., alumínio [Al]), à presença de metais pesados, a temperaturas muito elevadas ou baixas etc.

Ação aditiva: tipo de ação gênica na qual o fenótipo do heterozigoto corresponde à média dos valores fenotípicos dos genitores.

Acasalamento ao acaso: acasalamento em que os indivíduos se cruzam de forma aleatória.

Acasalamento fatorial: esquema de acasalamento no qual cada genitor masculino é acasalado com cada genitor feminino. Esse esquema reduz a taxa de endogamia nos procedimentos de seleção artificial.

Acetil CoA: abreviatura de acetil coenzima A. Acetil coenzima A: coenzima formada na mitocôndria pela combinação de um grupo acetil (–CCH3O) derivado da oxidação de ácidos graxos, de proteínas ou carboidratos, combinado com o grupo sulfidrílico (–SH) da coenzima A. Ácido abscíssico: regulador de crescimento envolvido em vários processos do desenvolvimento vegetal; está relacionado com o controle de respostas vegetais a estresses abióticos, tais como a abertura de estômatos durante déficit hídrico. Ácido adenílico: o mesmo que adenosina 5’-monofosfato (AMP), um ribonucleotídeo que contém o nucleosídeo adenosina. O desoxirribonucleotídeo correspondente é chamado de desoxiadenosina 5’-monofosfato ou ácido desoxiadenílico. Analogamente, os demais nucleotídeos são os ácidos citidílico, guanidílico, timidílico e uridílico.

Biotecnologia - cap-07.indd 117

11/09/2012 11:31:18

118 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

Ácido desoxirribonucleico (DNA): ácido orgânico composto de desoxirribonucleotídeos de adenina, guanina, citosina e timina. Material genético da maioria dos organismos vivos. No seu estado nativo, o DNA é uma dupla hélice de duas fitas antiparalelas unidas por pontes de H entre purinas e pirimidinas complementares. O mesmo que ácido deoxirribonucleico. Ácido etilenodiaminotetracético (EDTA): agente quelante usado para manter nutrientes, como o Fe++, na forma solúvel disponível para a célula cultivada in vitro. É inibidor da atividade da DNAse por quelar íons Mg++ e, por isso, é adicionado ao tampão de extração e de armazenamento de ácidos nucleicos em longo prazo. Ácido nucleico: macromolécula constituída por nucleotídeos polimerizados. É encontrada em duas formas, DNA e RNA, as quais podem ser constituídas por uma única cadeia (fita) ou por duas, de conformação linear ou circular. O genoma dos vírus pode ser constituído por RNA ou DNA. Ácido ribonucleico (RNA): ácido orgânico composto de ribonucleotídeos de adenina, guanina, citosina e uracila. Material genético de certos vírus. Moléculas derivadas da transcrição do DNA e que participam da biossíntese de proteínas, i.e., RNA ribossômico (rRNA), mensageiro (mRNA) e transportador (tRNA). Precursor, em termos evolutivos, do ácido desoxirribonucleico.

Aclimatação: adaptação de um organismo (planta, animal ou microrganismo) a um ambiente que lhe induz a algum tipo de mudança fisiológica.

Acoplamento: estado ou fase na qual os alelos dominantes ou os recessivos de dois genes distintos estão presentes no mesmo cromossomo homólogo. São sinônimos os termos: associação, atração e configuração cis.

Acrocêntrico: cromossomo que tem seu centrômero próximo à extremidade e cuja relação de braços (comprimento do braço longo/comprimento do braço curto) é >3 e <7. O mesmo que subtelocêntrico.

Adaptação: ajuste de uma população às mudanças do ambiente durante gerações, associado, pelo menos em parte, a mudanças genéticas. Resulta de pressão da seleção.

Adenina (A): uma das bases nitrogenadas encontradas nos ácidos nucleicos. Ver adenosina.

Adenosina: nucleosídeo resultante da ligação entre a base adenina (A) e o açúcar D-ribose. O desoxirribonucleosídeo correspondente é chamado desoxiadenosina. Ver Ácido adenílico.

Adenosina difosfato (ADP): ver Adenosina trifosfato.

Adenosina monofosfato (AMP): ver Adenosina trifosfato.

Adenosina trifosfato (ATP): nucleotídeo de importância fundamental na captura e no transporte de energia química livre nas células. Libera energia para a síntese de várias moléculas, inclusive de RNA. A ATP consiste em adenosina com três fosfatos e é regenerada pela fosforilação de AMP e ADP. Adenovírus: grupo de vírus muito frequente, de DNA de dupla fita, com 70 a 90nm de diâmetro, icosaédrico e encapsulado, que contém 13% de DNA e 80% de proteínas. É encontrado em roedores, aves, bovinos, macacos e humanos, e foi isolado, inicialmente, de tecidos de adenoides.

Responsável por infecções do trato respiratório humano, gastrenterites, conjuntivites e hepatite.

Utilizado como vetor em terapia gênica.

Biotecnologia - cap-07.indd 118

11/09/2012 11:31:18

Glossário 119

Aflatoxina: grupo de substâncias tóxicas produzidas por Aspergillus flavus que se ligam ao DNA da célula hospedeira, evitando sua duplicação e transcrição. Aflatoxinas podem causar câncer.

AFLP: sigla inglesa que significa amplified fragment length polymorphism (polimorfismo de comprimento de fragmentos amplificados). A técnica é composta de várias etapas: restrição do DNA por duas enzimas, sendo uma de corte raro e outra de corte frequente, e ligação de adaptadores às extremidades dos fragmentos; pré-amplificação dos fragmentos a partir de um par de primers complementares aos adaptadores, mas que contêm um nucleotídeo seletivo na posição 3’; amplificação usando-se três nucleotídeos seletivos ligados aos primers. Usualmente, os fragmentos são visualizados em gel de poliacrilamida submetido à eletroforese e corado com prata.

Agrobacterium: gênero de bactérias gram-negativas encontradas em solos temperados. Ver Agrobacterium tumefaciens.

Agrobacterium rhizogenes: agente causal da doença “raiz em cabeleira”, de ocorrência em certas espécies vegetais em razão da transferência de parte do plasmídeo Ri bacteriano ao genoma vegetal hospedeiro por colonização genética. Ver Agrobacterium tumefaciens.

Agrobacterium tumefaciens: agente causal do tumor do colo em certas espécies vegetais, uma doença que leva à formação de uma galha na coroa da planta. A bactéria é atraída por compostos fenólicos secretados pela superfície ferida da planta, e daí um conjunto de genes bacterianos (óperon vir) é ativado, levando à transferência de um segmento de DNA do plasmídeo Ti bacteriano para o genoma hospedeiro. O DNA bacteriano integrado à célula do vegetal (T-DNA) sintetiza precursores de fitorreguladores (oncogenes), e o tecido afetado cresce, formando um tumor.

Linhagens desarmadas de A. tumefaciens (sem os oncogenes) são usadas, em laboratório, para transferir genes exógenos para células vegetais e, mais raramente, para fungos. Ver Oncogene.

Alimento funcional: alimento que provê benefício à saúde, além da nutrição básica, ou benefícios médicos, como a redução do risco de doenças. Também chamado de nutracêutico.

Alimento GM: alimento geneticamente modificado, ou seja, que contém em sua composição certo conteúdo de matéria-prima oriunda de organismos geneticamente modificados. Ver OGM. Alinhamento: procedimento em bioinformática de alinhar sequências de bases ou de aminoácidos, visando compará-las. Pode ser local (parte da sequência) ou global (da sequência inteira).

Amido: principal carboidrato armazenado pelas plantas. É usado como alimento e em processos industriais. Oligossacarídeo constituído de polímeros de glicose: amilose e amilopectina.

Amilase: grande classe de enzimas que catalisam a hidrólise do amido.

Amilolítico: organismo (alguns fungos, por exemplo) que tem a capacidade de degradar amido por ação enzimática. Amilolítica é a propriedade enzimática de degradar amido.

Amilopectina: polissacarídeo altamente ramificado em cadeias de resíduos de glicose. Porção do amido insolúvel em água.

Amilose: polissacarídeo que consiste em cadeias lineares de 100 a 1.000 resíduos de glicose. Porção do amido solúvel em água.

Aminoácido: composto orgânico que contém os grupos amino (–NH2) e carboxil (–COOH). Em particular, quaisquer das unidades básicas das proteínas que tenham a fórmula NH2–CR–COOH, na qual R difere para cada um dos aminoácidos.

Biotecnologia - cap-07.indd 119

11/09/2012 17:10:45

120 Biotecnologia em Saúde e Nutrição

Aminoácido essencial: aminoácido que não é sintetizado por um organismo e, por isso, deve ser ingerido na dieta a partir de proteínas que o contenham.

Análise de risco: procedimento realizado para analisar a natureza e os efeitos adversos à saúde humana e animal ou ao ambiente. Consiste em três etapas: avaliação do risco, administração do risco e comunicação do risco.

Análogo: diz-se do grupo de organismos ou moléculas funcionalmente semelhantes, mas que evoluíram de modo diferente ou contêm diferentes compostos. Os análogos das bases nitrogenadas do DNA podem ser incorporados à molécula, causando mutações.

Androgênese: desenvolvimento de um embrião haploide a partir de um núcleo masculino. O núcleo materno é eliminado ou inativado após a fertilização do óvulo. O zigoto é haploide e só contém o genoma oriundo do gameta masculino.

Anotação: em genômica, tomada de dados de sequenciamento.

Antagonismo: interação entre dois organismos na qual o crescimento de um é inibido pelo outro.

Antagonista: composto que inibe o efeito de outro.

Antera: órgão vegetal situado na parte superior de um estame onde ocorre a microesporogênese ou formação dos gametas masculinos.

Antese: abertura da flor ou período durante o qual a flor se abre.

Anticódon: trinca de nucleotídeos do tRNA que é complementar à trinca (ou códon) da molécula do mRNA. Durante a tradução ou síntese proteica, cada tRNA transporta um aminoácido para um dos sítios de ligação no ribossomo. O tRNA se desprende do ribossomo e a formação da cadeia de aminoácidos se dá por ligações peptídicas.

Anticorpo (Ab): molécula proteica produzida por células especializadas em vertebrados superiores com função imunológica; o mesmo que imunoglobulina (Ig); proteína multimérica, com dois tipos de peptídeos, um de cadeia leve e outro de cadeia pesada (H2L2), sintetizada pelos linfócitos em resposta ao contato com um antígeno. Cada anticorpo reconhece um epítome de um antígeno e age especificamente ligando-se a ele, tornando-o inativo. Anticorpos da classe IgG são encontrados na circulação sanguínea.

Anticorpo catalítico: anticorpo selecionado por sua habilidade de catalisar uma reação química, estabilizando o estado de transição de uma reação.

Anticorpo D: anticorpo com uma única (em vez de duas) cadeia de proteína. A principal vantagem dos anticorpos D é que os genes correspondentes podem ser clonados e expressos em bactérias, de modo que grande número deles pode ser gerado.

Anticorpo monoclonal (mAb): anticorpo produzido por um hibridoma, ativo contra um único determinante (epítopo) de um antígeno.

Anticorpo policlonal: amostra de soro que contém uma mistura de imunoglobulinas distintas, cada uma reconhecendo um antígeno diferente.

Antígeno (Ag): macromolécula, normalmente uma proteína estranha ao organismo, que provoca resposta imunológica em uma primeira exposição, estimulando a produção de anticorpos específicos a seus vários epítomes. Durante exposições subsequentes, o antígeno é fixado e inativado pelo anticorpo.

Biotecnologia - cap-07.indd 120

11/09/2012 11:31:18

Alimentos Funcionais – Componentes Bioativos e Efeitos Fisiológicos Neuza Maria Brunoro Costa / Carla de Oliveira Barbosa Rosa Instrumentos de Apoio para Implantação das Boas Práticas em Empresas Alimentícias Ana Lúcia de Freitas Saccol / Lize Stangarlin / Luisa Helena Hecktheuer Instrumentos de Apoio para Implantação das Boas Práticas em Serviços de Nutrição e Dietética Hospitalar Lize Stangarlin / Ana Lúcia Serafim / Ana Lúcia de Freitas Saccol / Luisa Helena Hecktheuer Manual de BPF, POPs e Registros em Estabelecimentos Alimentícios Clever Jucene dos Santos Junior Manual de Segurança Alimentar, 2a ed.

Clever Jucene dos Santos Junior

A Biotecnologia aplicada aos alimentos não apenas proporciona o aumento da produção, mas também atende à demanda dos consumidores por alimentos mais seguros, nutritivos, saudáveis, saborosos e adequados. Ultimamente, a aplicação da Biotecnologia às plantas vem sendo direcionada para aumentar sua qualidade nutricional, de modo a produzir alimentos nutricionalmente fortificados e, assim, deixar de adicionar componentes sintéticos aos alimentos processados.

Com o objetivo de traduzir os benefícios científicos da Biotecnologia para uma linguagem acessível a estudantes, profissionais de áreas afins e leitores ávidos por informações, Biotecnologia em Saúde e Nutrição chega à segunda edição, com conteúdo revisto e ampliado, informações atualizadas, e colaboração de novos autores.

Tabela de Equivalentes, Medidas Caseiras e Composição Química dos Alimentos, 2a ed.

Manuela Pacheco Prebióticos e Probióticos – Atualização e Prospecção Célia Lúcia de Luces Fortes Ferreira Saiba mais sobre estes e outros títulos em nosso site: www.rubio.com.br

Áreas de interesse Ciências dos Alimentos Agronomia Nutrição

CAPA – Biotecnologia em Saúde e Nutrição.indd 1

Sobre os Autores Neuza Maria Brunoro Costa Professora-Associada da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Pós-Doutorado em Biodisponibilidade de Minerais pela Purdue University e pela Colorado University, EUA.

Biotecnologia em Saúde e Nutrição Como o DNA Pode Enriquecer os Alimentos

Neuza Maria Brunoro Costa | Aluízio Borém

Ao longo de seis capítulos, esta obra apresenta os conhecimentos básicos da Biotecnologia e discute suas potencialidades e sua abrangência; sua contribuição para a área de saúde; seu papel em relação ao valor nutricional dos alimentos e da funcionalidade de seus compostos bioativos; além de demonstrar que as modificações genéticas são seguras e inócuas para humanos e animais, e discutir com propriedade o respeito aos valores éticos desde o planejamento das transformações até o oferecimento dos alimentos geneticamente modificados ao consumidor final. O livro oferece ainda aos leitores um glossário indispensável para iniciantes no estudo da Biotecnologia.

Biotecnologia em Saúde e Nutrição

Outros Títulos de Interesse

Doutora em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela University of Reading, Inglaterra.

Nutricionista, Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Ex-Professora-Associada da UFV, MG.

Aluízio Borém Professor da Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Pós-Doutorado em Genética Molecular pela University of Minnesota, EUA. Ph.D. em Genética e Melhoramento pela University of Minnesota, EUA.

2a edição

Mestre em Genética e Melhoramento pela UFV. Graduado em Agronomia pela UFV.

Neuza Maria Brunoro Costa Aluízio Borém

Ex-Presidente da Sociedade Brasileira de Melhoramento de Plantas (SBMP), Ex-Presidente e Ex-Vice-Presidente da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), Ex-Consultor da FAO, Ex-membro do Comitê Nacional de Biotecnologia do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio, da Câmara Temática de Insumos do Ministério da Agricultura.

10/09/2012 17:20:27