Lugar na ciência e status interdisciplinar
A biotecnologia é reconhecida como uma disciplina líder que define o vetor de desenvolvimento da medicina nas próximas décadas. Historicamente, formou-se no seio da microbiologia e é a continuação evolutiva direta da «microbiologia técnica». É por isso que os fundamentos da biotecnologia são tradicionalmente estudados nos departamentos de microbiologia e imunologia.
O pioneiro da área é com justiça considerado Louis Pasteur, cuja descoberta da natureza enzimática da fermentação estabeleceu a base para o controle da atividade vital dos microrganismos.
A biotecnologia moderna é um campo de conhecimento estritamente integrado. Ela surgiu e se desenvolve com sucesso na interseção de várias disciplinas importantes ao mesmo tempo:
- Microbiologia;
- Biologia molecular e engenharia genética;
- Imunologia;
- Tecnologia química.
Essência, premissas e objetivos
De acordo com a definição do acadêmico A.A. Vorobyov, a base fundamental da biotecnologia é o estudo dos processos vitais dos organismos. A principal premissa para o rápido desenvolvimento desta ciência foi a aguda necessidade da sociedade por tecnologias fundamentalmente novas, bem como a necessidade de baratear produtos para a economia nacional, medicina e veterinária.
Objetivos globais da biotecnologia:
- Obtenção industrial de produtos-alvo a partir de objetos biológicos ou com sua aplicação direta.
- Reprodução de efeitos biológicos específicos, incluindo aqueles que não são encontrados no ambiente natural.
Objetivos biológicos de produção
Para atingir os objetivos estabelecidos, os biotecnólogos utilizam várias formas de vida. Mais frequentemente, o objeto principal são microrganismos unicelulares. Células isoladas de animais e plantas também são ativamente utilizadas. Com muito menos frequência, órgãos animais inteiros ou plantas intactas são envolvidos no processo de produção.
A escolha das estruturas celulares como base de produção não é acidental. As células funcionam como «biofábricas» minúsculas. Elas são capazes de sintetizar um espectro colossal de substâncias valiosas, cuja obtenção por outros meios (não biotecnológicos) ainda é impossível. Essas substâncias incluem:
- Proteínas, gorduras e carboidratos;
- Aminoácidos e vitaminas;
- Antibióticos;
- Hormônios e enzimas;
- Anticorpos.
Vantagens e eficiência econômica
Além de suas capacidades sintéticas exclusivas, a escolha de microrganismos e células deve-se à alta taxa de sua reprodução. Isso torna possível aumentar incrivelmente rápido a biomassa em enorme escala industrial.
| Tipo de célula | Taxa de divisão (duplicação) |
|---|---|
| Célula bacteriana | 20–60 minutos |
| Célula de levedura | 1,5–2 horas |
| Célula animal | 24 horas |
O terceiro fator-chave é a eficiência econômica. A síntese biológica de estruturas complexas (como antígenos, antibióticos, proteínas) é significativamente mais barata e mais acessível tecnologicamente do que sua síntese química artificial.
Uma grande vantagem é a base de matérias-primas utilizada. A biotecnologia utiliza matérias-primas baratas, facilmente acessíveis e não escassas. Muitas vezes, trata-se de resíduos das indústrias alimentícia, pesqueira e da agricultura: melaço, madeira, levedura e farinha de peixe. Isso torna a produção biotecnológica não apenas economicamente viável, mas também ecologicamente correta.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais tipos de microrganismos são os principais produtores industriais de antibióticos?
Os principais produtores industriais de antibióticos são actinomicetos, fungos filamentosos e bactérias típicas.
- Actinomicetos (gênero Streptomyces) — bactérias ramificadas que servem como fonte de cerca de 80% dos antibióticos naturais.
- Fungos filamentosos (gêneros Cephalosporium, Penicillium) — sintetizam betalactâmicos naturais e ácido fusídico.
- Bactérias típicas (eubactérias, bacilos, pseudomonas) — produzem antibióticos polipeptídicos, como bacitracina e polimixinas.
Quais hormônios humanos recombinantes são obtidos por métodos de engenharia genética?
Métodos de engenharia genética são usados para obter hormônios recombinantes: insulina e hormônio do crescimento (somatotropina).
- Insulina humana — a primeira proteína obtida por tecnologia de DNA recombinante para o tratamento do diabetes mellitus; produz significativamente menos efeitos colaterais em comparação com extratos pancreáticos animais.
- Hormônio do crescimento — sintetizado por método semelhante.
O principal produtor industrial para a obtenção desses hormônios é a *Escherichia coli* (E. coli).
Quais métodos são usados para criar cepas produtoras altamente produtivas?
Para criar cepas produtoras recombinantes, utiliza-se a tecnologia de DNA recombinante: isolamento do vetor e do DNA de interesse, seu corte por restritases, ligação de fragmentos por ligase e introdução do DNA recombinante na célula hospedeira (transformação). As fontes também descrevem mutações induzidas que ocorrem sob a ação de mutágenos físicos e químicos, por exemplo, radiação UV.
Quais etapas a tecnologia de hibridoma para a produção de anticorpos monoclonais inclui?
A tecnologia de hibridoma para a produção de anticorpos monoclonais inclui as etapas de fusão celular e seu cultivo subsequente.
- Fusão celular — a união de linfócitos B imunes (doadores da síntese de anticorpos específicos) e células tumorais de mieloma (doadoras da propriedade de divisão infinita) na presença de polietilenoglicol.
- Formação do hibridoma — a obtenção de uma célula híbrida que herda a especificidade do linfócito e a capacidade de divisão infinita do mieloma.
- Cultivo — propagação de hibridomas in vitro (em cultura de células) ou in vivo (na cavidade peritoneal do camundongo com acúmulo no líquido ascítico).
Quais preparações enzimáticas médicas são produzidas por via biotecnológica?
Preparações de enzimas fibrinolíticas baseadas em uroquinase são produzidas por via biotecnológica.
- Uroquinase (Urokinase) é uma enzima obtida a partir de cultura de células embrionárias de rim humano; é utilizada para a ativação direta do plasminogênio no infarto do miocárdio e em tromboses.
- Saruplase (Saruplase) é uma preparação recombinante de uroquinase de cadeia simples (prouroquinase), que se distingue por maior especificidade para a fibrina do trombo.
As fontes não descrevem métodos biotecnológicos de produção de outras enzimas médicas (tripsina, nucleases, hialuronidase e asparaginase).
Para memorizar a taxa de crescimento da biomassa, use a regra «de minutos a dias»: as bactérias dividem-se em minutos (20–60), as leveduras em horas (1,5–2), e as células animais requerem dias inteiros (24 h).
Questões de aulas e exames
Por que Louis Pasteur é considerado o fundador da biotecnologia?
Pasteur descobriu a natureza enzimática da fermentação, o que provou pela primeira vez a possibilidade do uso prático dos processos vitais dos microrganismos para a obtenção de produtos-alvo.
Quais organismos são o principal objeto da biotecnologia?
O principal objeto são os microrganismos unicelulares, pois possuem a maior taxa de reprodução e são capazes de sintetizar muitas substâncias complexas.
Em que consiste o benefício econômico da biossíntese?
A biossíntese é tecnologicamente mais simples do que a síntese química e permite utilizar matérias-primas extremamente baratas — resíduos industriais e agrícolas, tais como melaço, farinha de peixe e madeira.
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismos de síntese celular de antibióticos e enzimas
- Aplicação da engenharia genética para a modificação de cepas
- Aparelhagem e tecnologias de cultivo industrial de biomassa
- Especificidade do uso de células animais e vegetais na bioprodução
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