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Biotecnologia

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Insulina cristais

Biotecnologia é tecnologia baseada em biologia , especialmente quando usado em agricultura , ciência dos alimentos e medicina . A Organização das Nações Unidas Convenção sobre Diversidade Biológica define a biotecnologia como:

Qualquer aplicação tecnológica que utilize sistemas biológicos, organismos vivos ou seus derivados, para fabricar ou modificar produtos ou processos para utilização específica.

Biotecnologia é muitas vezes usado para se referir a tecnologia de engenharia genética do século 21, no entanto, o termo abrange uma gama mais ampla e história do processo de alteração dos organismos biológicos de acordo com as necessidades da humanidade, voltando para as modificações iniciais de plantas nativas em melhores culturas alimentares através seleção artificial e hibridação. Bioengenharia é a ciência sobre a qual todas as aplicações biotecnológicas são baseadas. Com o desenvolvimento de novas abordagens e técnicas modernas, as indústrias de biotecnologia tradicionais também estão adquirindo novos horizontes que lhes permitam melhorar a qualidade de seus produtos e aumentar a produtividade de seus sistemas.

Antes de 1971, o termo, biotecnologia, foi utilizado principalmente no processamento de alimentos e agricultura indústrias. Desde a década de 1970, começou a ser utilizado pelo estabelecimento científico ocidental para se referir a técnicas baseadas em laboratório a ser desenvolvido na pesquisa biológica, tais como ADN recombinante ou processos à base de cultura de tecidos, ou transferência horizontal de genes em plantas vivas, utilizando vectores tais como o Bactérias Agrobacterium para transferir o ADN para um organismo hospedeiro. Na verdade, o termo deve ser usado em um sentido muito mais amplo para descrever toda a gama de métodos, a antiga ea moderna, usado para manipular materiais orgânicos para atingir as exigências de produção de alimentos. Assim, o termo pode ser definido como: "A aplicação do conhecimento indígena e / ou científica para a gestão de (partes de) microrganismos ou de células e tecidos de organismos superiores, de modo que esses bens e serviços de uso de fornecimento para a indústria de alimentos e seus consumidores.

Biotecnologia combina disciplinas como a genética , biologia molecular, bioquímica , embriologia e biologia celular, que por sua vez são ligados a disciplinas práticas, como engenharia química, tecnologia da informação, e robótica. Patho-biotecnologia descreve a exploração dos patógenos ou compostos derivados de patógenos para efeito benéfico.

História

Brewing foi uma aplicação antecipada da biotecnologia

O uso mais prático de biotecnologia, que ainda está presente, hoje, é o cultivo de plantas para produzir o alimento adequado para os seres humanos. A agricultura tem sido teorizado ter se tornado a forma dominante de produção de alimentos desde o Revolução Neolítica. Os processos e métodos de agricultura foram refinados por outras ciências mecânicas e biológicas desde a sua criação. Através de biotecnologia início, os agricultores foram capazes de selecionar as culturas mais adequadas e mais alta de rendimento para produzir comida suficiente para sustentar uma população crescente. Outros usos da biotecnologia foram exigidos como colheitas e campos tornaram-se cada vez maior e difícil de manter. Organismos específicos e organismo subprodutos foram usadas para fertilizar, restaurar nitrogênio , e controlar as pragas. Durante todo o uso de agricultura agricultores inadvertidamente ter alterado a genética de seus cultivos através de apresentá-los a novos ambientes e reproduzi-los com outras plantas - uma das primeiras formas de biotecnologia. Culturas, como os da Mesopotâmia , Egito e Paquistão desenvolveu o processo de produção de cerveja. Ainda é feito pelo mesmo método básico do uso de grãos maltados (contendo enzimas) para converter o amido de cereais em açúcar e em seguida, adicionando leveduras específicos para a produção de cerveja. Neste processo, os hidratos de carbono nos grãos foram divididos em álcoois, tais como etanol. ?ndios antigos também usaram os sucos da planta Ephedra Vulgaris e costumava chamá-lo Soma. Mais tarde, outras culturas produziu o processo de A fermentação do ácido láctico que permitiu a preservação de fermentação e de outras formas de alimentos. A fermentação também foi utilizado neste período de tempo para a produção de pão levedada. Embora o processo de fermentação não foi totalmente compreendido até Louis Pasteur trabalho 's em 1857, ainda é o primeiro uso da biotecnologia para converter uma fonte de alimento para uma outra forma.

Combinações de plantas e outros organismos foram usadas como medicamentos em muitas civilizações antigas. Desde tão cedo quanto 200 aC, as pessoas começaram a usar quantidades deficientes ou minutos de agentes infecciosos para imunizar-se contra infecções. Estas e outras processos foram aperfeiçoados na medicina moderna e levaram a muitos desenvolvimentos tais como antibióticos , vacinas e outros métodos de combate a doença.

No início do século XX os cientistas ganharam uma maior compreensão da microbiologia e exploraram diversas formas de fabricação de produtos específicos. Em 1917, Chaim Weizmann usado pela primeira vez uma cultura microbiológica pura em um processo industrial, que de fabricação amido de milho, utilizando Clostridium acetobutylicum para produzir acetona , que o Reino Unido precisava desesperadamente de fabricar explosivos durante a Primeira Guerra Mundial .

O campo da biotecnologia moderna é pensado para ter começado em grande parte em 16 de junho de 1980 , quando a Suprema Corte dos Estados Unidos decidiu que uma geneticamente modificado microrganismo pode ser patenteado no caso de Diamante v. Chakrabarty. Nascido na ?ndia Ananda Chakrabarty, trabalhando para General Electric, tinha desenvolvido uma bactéria (derivado do Pseudomonas género) capaz de quebrar óleo bruto, o qual ele proposto para uso no tratamento de derrames de petróleo.

A receita do setor deverá crescer 12,9% em 2008. Outro fator que influencia o sucesso do sector da biotecnologia é melhorada a legislação direitos de propriedade intelectual - e execução - a nível mundial, bem como reforçar a demanda por produtos médicos e farmacêuticos para lidar com o envelhecimento e população em dificuldade, dos Estados Unidos.

A crescente demanda por biocombustíveis é esperado para ser uma boa notícia para o setor de biotecnologia, com o Departamento de Energia estimar etanol uso poderia reduzir US consumo de combustível derivado do petróleo em até 30% até 2030. O sector da biotecnologia permitiu à indústria agricultura os EUA a aumentar rapidamente sua oferta de milho e soja - os principais insumos para biocombustíveis - por desenvolvimento de sementes geneticamente modificadas, resistentes a pragas e à seca. Ao aumentar a produtividade agrícola, a biotecnologia desempenha um papel crucial para garantir que as metas de produção de biocombustíveis sejam atendidas.

Aplicações

A biotecnologia tem aplicações em quatro grandes áreas industriais, incluindo cuidados de saúde (médica), a produção de culturas ea agricultura, não alimentar (industrial) usa de culturas e de outros produtos (por exemplo, plásticos biodegradáveis, óleo vegetal, biocombustíveis ), e usos ambientais.

Por exemplo, uma aplicação de biotecnologia é dirigido à utilização de organismos para o fabrico de produtos orgânicos (exemplos incluem cerveja e leite produtos). Outro exemplo está usando naturalmente presentes bactérias pela indústria de mineração em biolixiviação. A biotecnologia também é usado para reciclar, tratar os resíduos, limpeza de locais contaminados por actividades industriais ( biorremediação), e também para produzir armas biológicas.

Uma série de termos derivados têm sido cunhado para identificar vários ramos da biotecnologia, por exemplo:

  • Biotecnologia vermelho é aplicado a médicos processos. Alguns exemplos são o desenho de organismos para produzir antibióticos , ea engenharia de curas genéticas através de manipulação genómico.
Uma planta rosa que começou como células cultivadas em uma cultura de tecidos
  • Biotecnologia verde é aplicada a biotecnologia agrícola processos. Um exemplo seria a seleção ea domesticação de plantas via micropropagação. Outro exemplo é a concepção de plantas transgénicas para crescer sob condições ambientais específicas, ou na presença (ou ausência) de certos produtos químicos agrícolas. Uma esperança é que a biotecnologia verde pode produzir soluções mais respeitadores do ambiente do que a agricultura industrial tradicional. Um exemplo disto é a engenharia de uma planta para expressar um pesticida, eliminando assim a necessidade de uma aplicação externa de pesticidas. Um exemplo disto seria Milho Bt. Seja ou não produtos de biotecnologia verde como este são, em última análise mais respeitadores do ambiente é um tema de debate considerável.
  • Biotecnologia branca, também conhecida como a biotecnologia industrial, é a biotecnologia aplicada à indústria de processos. Um exemplo é a concepção de um organismo para produzir um produto químico útil. Outro exemplo é o uso de enzimas industriais como catalisadores para produzir produtos químicos ou valiosos ou destruir / produtos químicos poluentes perigosos. Biotecnologia branca tende a consumir menos recursos do que em processos tradicionais utilizados para produzir bens industriais.
  • A biotecnologia azul é um termo que tem sido usado para descrever a aplicações aquáticas da biotecnologia marinha e, mas seu uso é relativamente rara.
  • Os investimentos e produção econômica de todos esses tipos de biotecnologias aplicadas formar o que tem sido descrito como o bioeconomia.
  • Bioinformática é um campo interdisciplinar que aborda problemas biológicos usando técnicas computacionais, e faz com que a organização rápida e análise de dados biológicos possível. O campo pode também ser referido como biologia computacional, e pode ser definido como "conceptualizing biologia em termos de moléculas e, em seguida, aplicando técnicas informáticas para compreender e organizar a informação associada com as moléculas, em grande escala." Bioinformatics desempenha um papel fundamental em diversas áreas, tal como genômica funcional, genômica estrutural e, proteômica, e forma um componente-chave no sector da biotecnologia e farmacêutica.

Medicina

Na medicina, a biotecnologia moderna encontra aplicações promissoras em áreas como

  • farmacogenômica;
  • produção de drogas;
  • testes genéticos; e
  • terapia genética.

Pharmacogenomics

Chip de DNA Microarray - Alguns podem fazer como muitos como um milhão de exames de sangue de uma só vez

Pharmacogenomics é o estudo de como a herança genética de um indivíduo afecta resposta seu / sua corpo para drogas. É um termo cunhado derivado das palavras " farmacologia "e" genômica ". É, por conseguinte, o estudo da relação entre fármacos e genética. A visão da farmacogenômica é para ser capaz de projetar e produzir medicamentos que são adaptados a composição genética de cada pessoa.

Resultados da farmacogenômica nas seguintes benefícios:

1. Desenvolvimento de medicamentos sob medida. Usando farmacogenômica, as empresas farmacêuticas podem criar drogas com base nas proteínas , enzimas e Moléculas de ARN que são associadas com os genes e as doenças específicas. Estes medicamentos sob medida prometo não só para maximizar os efeitos terapêuticos, mas também para diminuir danos às células saudáveis próximos.

2. métodos mais precisos de determinação dosagens de medicamentos adequados. Sabendo genética de um paciente permitirá aos médicos para determinar o quão bem sua / seu corpo pode processar e metabolizar um medicamento. Isto vai maximizar o valor do medicamento e diminuir a probabilidade de overdose.

3. Melhorias no processo de descoberta e de aprovação de drogas. A descoberta de terapias potenciais será facilitado usando alvos de genoma. Os genes foram associados com numerosas doenças e desordens. Com a moderna biotecnologia, estes genes podem ser usados como alvos para o desenvolvimento de novas terapias eficazes, o que pode diminuir significativamente o processo de descoberta de drogas.

4. vacinas melhor. Vacinas mais seguras podem ser concebidos e produzidos por organismos transformados por meio de engenharia genética. Estas vacinas irá desencadear a resposta imune sem os riscos concomitantes de infecção. Eles vão ser barato, estável, fácil de armazenar, e capaz de ser manipulado para transportar várias estirpes do agente patogénico de uma só vez.

Produtos farmacêuticos

Imagem gerada por computador de hexâmeros de insulina destacando a tríplice simetria , os de zinco íons segurá-lo juntos, eo resíduos de histidina envolvidos na ligação de zinco.

A maioria dos fármacos tradicionais são moléculas relativamente simples que têm sido encontrados principalmente através de tentativa e erro para tratar os sintomas de uma doença ou enfermidade. Biopharmaceuticals são grandes moléculas biológicas conhecidas como proteínas e estes geralmente têm como alvo os mecanismos subjacentes e vias de uma doença (mas não sempre, como é o caso com a utilização de insulina para tratar diabetes mellitus tipo 1, enquanto que o tratamento apenas resolve os sintomas da doença, não a causa subjacente, que é auto-imunidade); é uma indústria relativamente jovem. Eles podem lidar com alvos em seres humanos que podem não estar acessíveis com medicamentos tradicionais. Um paciente é normalmente doseado com uma pequena molécula via um comprimido, enquanto um grande molécula é tipicamente injectado.

Pequenas moléculas são fabricados pela química, mas as moléculas maiores são criadas por células, tais como as encontradas no corpo humano vivo: por exemplo, células de bactérias, células de levedura, células vegetais ou animais.

A biotecnologia moderna é freqüentemente associada com o uso de organismos geneticamente alterados microrganismos, tais como E. coli ou de levedura para a produção de substâncias sintéticas como insulina ou antibióticos . Ele também pode se referir a ou animais transgénicos plantas transgénicas, tal como Milho Bt. Células de mamífero geneticamente alterado, tais como Células de ovário de hamster chinês (CHO), são também utilizados no fabrico de certos produtos farmacêuticos. Outra nova aplicação da biotecnologia promissora é o desenvolvimento de medicamentos feitos à planta.

A biotecnologia também é comumente associado com avanços marco em terapias médicas novas para tratar hepatite B, hepatite C, cancros , artrite, hemofilia , fraturas ósseas, esclerose múltipla , e desordens cardiovasculares. A indústria biotecnológica também tem sido fundamental no desenvolvimento de dispositivos de diagnóstico molecular que pode ser usado para definir a população-alvo de pacientes para um determinado biofarmacêutica. Herceptin, por exemplo, foi a primeira droga aprovada para uso com um teste de diagnóstico correspondente e é usado para tratar o cancro da mama em mulheres cujo cancro da células expressam a proteína HER2.

A biotecnologia moderna pode ser usado para a fabricação de medicamentos existentes relativamente fácil e barata. Os primeiros produtos geneticamente modificados eram medicamentos destinados a tratar doenças humanas. Para citar um exemplo, em 1978 Genentech desenvolvido humanizado sintético de insulina , unindo seu gene com um plasmídeo vector inserido na bactéria Escherichia coli. A insulina, amplamente utilizados para o tratamento da diabetes, foi previamente extraída do pâncreas de animais de abate (bovinos e / ou porcos). A bactéria geneticamente modificada resultante permitiu a produção de grandes quantidades de insulina humana sintética no custo relativamente baixo, embora a redução de custos foi usada para aumentar os lucros para os fabricantes, não repassados para os consumidores ou os seus prestadores de cuidados de saúde. De acordo com um estudo de 2003 realizado pela Federação Internacional de Diabetes (IDF) no acesso e disponibilidade de insulina em seus países membros, a insulina sintética "humano" é consideravelmente mais caro na maioria dos países onde ambos sintético e insulina animal "humano" estão comercialmente disponível: por exemplo, nos países europeus, o preço médio de insulina sintética "humano" era duas vezes maior que o preço de insulina de porco. No entanto, na sua declaração de posição, o IDF escreve que "não há provas contundentes para preferir uma espécie de insulina em detrimento de outro" e "[modernas, altamente purificadas] insulinas de origem animal continuam a ser uma alternativa perfeitamente aceitável.

A biotecnologia moderna evoluiu, tornando-se possível produzir mais facilmente e de forma relativamente barata hormona de crescimento humano, factores de coagulação para hemofílicos , medicamentos para a fertilidade, eritropoietina e outras drogas. A maioria dos fármacos hoje em dia baseiam-se em cerca de 500 alvos moleculares. Conhecimento genômico dos genes envolvidos em doenças, caminhos da doença, e locais de resposta à droga são esperados para levar à descoberta de milhares de novas metas.

Testes genéticos

A electroforese em gel

O teste genético envolve o exame direto do DNA própria molécula. Um cientista examina amostra de DNA de um paciente para sequências mutantes.

Existem dois principais tipos de ensaios de genes. No primeiro tipo, um investigador pode conceber peças curtas de ADN ("sonda") cujas sequências são complementares às sequências mutadas. Estas sondas vai procurar o seu complemento entre os pares de bases do genoma de um indivíduo. Se a sequência mutada está presente no genoma do paciente, a sonda irá ligar-se a ele e bandeira a mutação. No segundo tipo, um investigador pode realizar o teste do gene através da comparação da sequência de bases de ADN no gene de um paciente com a doença em indivíduos saudáveis ou sua descendência.

O teste genético é agora usado para:

  • Determinar o sexo
  • A triagem de portadores, ou a identificação de indivíduos não afetados que carregam uma cópia de um gene para uma doença que exige duas cópias para que a doença se manifestar
  • Triagem diagnóstica pré-natal
  • Triagem neonatal
  • Teste pré-sintomático para prever distúrbios adulto-início
  • Teste pré-sintomático para estimar o risco de desenvolver cancros adulto-início
  • Confirmational diagnóstico de indivíduos sintomáticos
  • Testes forenses / identidade

Alguns testes genéticos já estão disponíveis, embora a maioria deles são usados em países desenvolvidos. Os testes actualmente disponíveis podem detectar mutações associadas com desordens genéticas raras como a fibrose cística , a anemia falciforme , e doença de Huntington . Recentemente, foram desenvolvidos testes para detectar a mutação de um punhado de condições mais complexas, tais como cancro da mama, do ovário, cancros do cólon e. No entanto, os testes de genes pode não detectar todos os mutação associada com uma condição particular porque muitos são ainda desconhecida, e os que não detectam podem apresentar diferentes riscos para as pessoas e populações diferentes.

Questões controversas
A bactéria A E. coli é rotineiramente por engenharia genética.

Várias questões foram levantadas em relação ao uso de testes genéticos:

1. Ausência de cura. Ainda existe falta de um tratamento eficaz ou medidas preventivas para muitas doenças e condições agora a ser diagnosticados ou projectados usando testes de genes. Assim, a revelação de informações sobre o risco de uma doença futura que não tem cura existente apresenta um dilema ético para os médicos.

2. Propriedade e controlo da informação genética. Quem será o proprietário e controlar a informação genética, ou informações sobre genes, produtos genéticos ou características herdadas derivada de um indivíduo ou um grupo de pessoas como as comunidades indígenas? No nível macro, há a possibilidade de uma divisão genética, com os países em desenvolvimento que não têm acesso a aplicações médicas da biotecnologia sendo privados de benefícios decorrentes produtos derivados de genes obtidos a partir de seu próprio povo. Além disso, a informação genética pode representar um risco para os grupos populacionais minoria, pois pode levar o grupo de estigmatização.

No nível individual, a ausência de privacidade e proteção legal contra a discriminação na maioria dos países pode levar a discriminação no emprego ou seguro ou outra utilização indevida de informações genéticas de carácter pessoal. Isto levanta questões tais como se a privacidade genética é diferente da privacidade médica.

3. questões reprodutivas. Estes incluem o uso da informação genética na tomada de decisões reprodutiva ea possibilidade de células reprodutivas alterar geneticamente que podem ser passados para as gerações futuras. Por exemplo, a terapia da linha germinal muda para sempre a composição genética dos descendentes de um indivíduo. Assim, qualquer erro em tecnologia ou decisão pode ter consequências de longo alcance. As questões éticas como bebês de designer e clonagem humana também têm dado origem a controvérsias entre e entre cientistas e bioeticistas, especialmente à luz dos abusos do passado com eugenia.

4. Questões clínicas. Estes objectivos centram sobre as capacidades e limitações de médicos e outros prestadores de serviços de saúde, as pessoas identificadas com condições genéticas, e do público em geral em lidar com a informação genética.

5. Efeitos sobre a instituições sociais. Os testes genéticos revelam informações sobre os indivíduos e as suas famílias. Assim, os resultados dos testes podem afetar a dinâmica dentro das instituições sociais, em especial a família.

6. implicações conceptuais e filosóficas sobre a responsabilidade humana, o livre arbítrio vis-à-vis o determinismo genético, e os conceitos de saúde e doença.

A terapia génica

A terapia genética usando um Vector de adenovírus. Um novo gene é inserido num vector de adenovírus, o qual é utilizado para introduzir o modificado de ADN numa célula humana. Se o tratamento for bem sucedido, o novo gene funcional fará uma proteína .

A terapia génica pode ser utilizada para o tratamento, cura ou até mesmo, doenças genéticas e adquiridas como o cancro e a SIDA, usando genes normais para complementar ou substituir genes defeituosos ou para reforçar uma função normal, tal como a imunidade. Ele pode ser utilizado para alvejar somáticas (isto é, o corpo) ou de gérmen de células (isto é, ovos e esperma). Na terapia de genes somáticos, o genoma do destinatário é alterado, mas esta mudança não é passado ao longo da próxima geração. Em contraste, na terapia de genes da linha germinal, os ovos e esperma células dos pais são alterados com o propósito de passar sobre as alterações na sua descendência.

Existem basicamente duas formas de implementar um tratamento de terapia genética:

1. Ex vivo, o que significa "fora do corpo" - células do sangue ou do paciente medula óssea são removidas e cultivadas em laboratório. Eles são então expostas a um vírus que transporta o gene desejado. O vírus entra nas células, e o gene desejado torna-se parte do ADN das células. As células são deixadas a crescer no laboratório antes de serem devolvidas ao paciente por injecção numa veia.

2. In vivo, o que significa "no interior do corpo" - não há células são removidas do corpo do paciente. Em vez disso, os vectores são usados para entregar o gene desejado às células no corpo do paciente.

Actualmente, a utilização da terapia génica é limitada. Terapia génica somática é principalmente na fase experimental. Terapia de linha germinativa é objecto de muita discussão, mas não está a ser activamente investigados em animais de grande porte e seres humanos.

Em junho de 2001, mais de 500 testes de terapia genética clínicos envolvendo cerca de 3.500 pacientes foram identificados em todo o mundo. Cerca de 78% destes são nos Estados Unidos, com a Europa tendo 18%. Estes ensaios concentrar em vários tipos de cancro, apesar de outras doenças multigénicos estão a ser estudadas como bem. Recentemente, duas crianças nasceram com distúrbio de imunodeficiência combinada grave ("SCID") foram relatados para ter sido curado após ter sido dada células geneticamente modificadas.

A terapia gênica enfrenta muitos obstáculos antes de se tornar uma abordagem prática para o tratamento da doença. Pelo menos quatro destes obstáculos são como se segue:

1. ferramentas de entrega de genes. Os genes são inseridos no corpo utilizando transportadores de genes chamados vectores. Os vetores mais comuns são os vírus, que evoluíram de forma a encapsular e transportar seus genes para as células humanas de uma forma patogênica. Os cientistas manipular o genoma do vírus através da remoção dos genes causadores de doença e de inserir os genes terapêuticos. No entanto, enquanto que os vírus são eficazes, eles podem apresentar problemas tais como a toxicidade, as respostas imunitárias e inflamatórias, e os problemas de controlo do gene e segmentação.

2. O conhecimento disponível sobre as funções dos genes. Os cientistas sabem atualmente as funções de apenas alguns genes. Assim, a terapia génica pode tratar apenas alguns genes que causam uma doença particular. Pior, não se sabe exatamente se os genes têm mais de uma função, o que cria incerteza quanto a saber se a substituição desses genes é, de fato desejável.

3. distúrbios MultiGene e efeito do ambiente. A maioria das doenças genéticas envolver mais do que um gene. Além disso, a maioria das doenças envolvem a interacção de vários genes e para o ambiente. Por exemplo, muitas pessoas com câncer não só herdar o gene da doença para a doença, mas pode ter também não conseguiu herdar genes supressores de tumores específicos. Dieta, exercício físico, tabagismo e outros fatores ambientais também podem ter contribuído para a sua doença.

4. Os custos elevados. Desde a terapia genética é relativamente novo e em fase experimental, é um tratamento caro para empreender. Isso explica por que os estudos atuais estão focados em doenças comumente encontradas em países desenvolvidos, onde mais pessoas podem dar ao luxo de pagar o tratamento. Pode levar décadas antes de os países em desenvolvimento podem tirar proveito desta tecnologia.

Projeto Genoma Humano

Réplica do ADN imagem do Projeto Genoma Humano (HGP)

O Projeto Genoma Humano é uma iniciativa do Departamento de Energia dos EUA ("DOE") que tem como objetivo gerar uma sequência de referência de alta qualidade para todo o genoma humano e identificar todos os genes humanos.

O DOE e as suas agências predecessoras foram alocados pelo Congresso dos EUA para desenvolver novos recursos e tecnologias de energia e de exercer uma compreensão mais profunda dos riscos ambientais decorrentes da sua produção e utilização potencial para a saúde e. Em 1986, o DOE anunciou sua Iniciativa Genoma Humano. Pouco depois, o DOE e National Institutes of Saúde desenvolveu um plano para uma joint Projeto Genoma Humano ("HGP"), que começou oficialmente em 1990.

O HGP foi planejado originalmente para durar 15 anos. No entanto, os rápidos avanços tecnológicos e participação mundial acelerou a data de conclusão para 2003 (tornando-se um projecto de 13 anos). Já que permitiu caçadores de genes para identificar genes associados com mais de 30 doenças.

Clonagem

A clonagem envolve a remoção do núcleo de uma célula e a sua colocação numa célula de ovo não fertilizado cujo núcleo, ou terá sido desactivada ou removido.

Existem dois tipos de clonagem:

1. A clonagem reprodutiva. Depois de algumas divisões, a célula do ovo é colocado no útero, onde é permitido o desenvolvimento de um feto em que é geneticamente idêntico ao doador do núcleo original.

2. A clonagem terapêutica. O ovo é colocado numa Placa de Petri onde se desenvolve em células-tronco embrionárias, que têm demonstrado potencial para o tratamento de várias doenças.

Em fevereiro de 1997, a clonagem se tornou o foco de atenção da mídia quando Ian Wilmut e seus colegas do Instituto Roslin, anunciou o sucesso da clonagem de uma ovelha, chamada Dolly, a partir das glândulas mamárias de uma fêmea adulta. A clonagem de Dolly tornou evidente para muitos que as técnicas utilizadas para produzir a sua algum poderia ser utilizado para clonar seres humanos. Este agitada muita controvérsia por causa de suas implicações éticas.

Agricultura

Melhorar o rendimento das culturas

Usando as técnicas de biotecnologia moderna, um ou dois os genes podem ser transferidos para uma variedade de culturas altamente desenvolvida para conferir um novo carácter que iria aumentar o seu rendimento (30). No entanto, enquanto aumentos no rendimento da cultura são as aplicações mais óbvias da biotecnologia moderna na agricultura, é também o mais difícil. Técnicas de engenharia genética atuais funcionam melhor para efeitos que são controlados por um único gene. Muitas das características genéticas associadas com a produção (por exemplo, o aumento do crescimento) são controladas por um grande número de genes, cada um dos quais tem um efeito mínimo sobre o rendimento global de (31). Não é, portanto, muito trabalho científico para ser feito nesta área.

Reduzir a vulnerabilidade das culturas a estresses ambientais

Culturas que contêm genes que lhes permitam resistir a estresses bióticos e abióticos que podem ser desenvolvidos. Por exemplo, a seca e os solos excessivamente salgado são dois importantes fatores limitantes na produtividade de culturas. Biotecnólogos estudam plantas que podem lidar com essas condições extremas, na esperança de encontrar os genes que lhes permitem fazê-lo e, eventualmente, a transferência desses genes para as culturas mais desejáveis. Um dos últimos desenvolvimentos é a identificação de um gene de planta, At-DBF2, a partir de agrião thale, uma pequena erva daninha que é frequentemente usado para investigação de plantas, porque é muito fácil de crescer e seu código genético é bem traçado. Quando este gene foi inserido tomate e tabaco células (ver RNA de interferência), as células foram capazes de resistir a estresses ambientais, como o sal, seca, frio e calor, muito mais do que as células normais. Se estes resultados preliminares ser bem sucedida em estudos maiores, em seguida, At-DBF2 genes pode ajudar em culturas de engenharia que podem suportar melhor ambientes severos (32). Os pesquisadores criaram também plantas de arroz transgênico que são resistentes ao arroz vírus do mosqueado amarelo (RYMV). Na ?frica, o vírus destrói maioria das culturas de arroz e faz com que as plantas sobreviventes mais suscetíveis a infecções por fungos (33).

Qualidades nutricionais aumentadas de culturas alimentares

As proteínas em alimentos podem ser modificados para aumentar as suas qualidades nutritivas. Proteínas em legumes e cereais podem ser transformadas para fornecer os aminoácidos necessários por seres humanos para uma dieta equilibrada (34). Um bom exemplo é o trabalho de professores Ingo Potrykus e Peter Beyer na chamada Goldenrice (discutido abaixo).

A melhoria do sabor, a textura ou aparência dos alimentos

A biotecnologia moderna pode ser utilizada para abrandar o processo de deterioração, de forma que a fruta pode amadurecem mais na planta e ser então transportadas para o consumidor com uma vida útil ainda razoável. Isto melhora o sabor, textura e aparência do fruto. Mais importante, ele poderia expandir o mercado para os agricultores nos países em desenvolvimento devido à redução na deterioração.

O primeiro produto alimentar geneticamente modificado foi um tomate que foi transformado para atrasar a sua maturação (35). Pesquisadores na Indonésia , Malásia , Tailândia , Filipinas e Vietnã estão atualmente trabalhando em adiada de amadurecimento de mamão em colaboração com o Universidade de Nottingham e Zeneca (36).

Biotecnologia na produção de queijo: enzimas produzidas por microrganismos oferecer uma alternativa ao coalho animal - um coagulante queijo - e uma fonte alternativa para os fabricantes de queijo. Isso também elimina possíveis preocupações do público com material de origem animal, embora não há atualmente não há planos para desenvolver leite sintético, tornando assim este argumento menos convincente. Enzimas oferecer uma alternativa amiga dos animais de coalho animal. Enquanto fornece uma qualidade comparável, são teoricamente também menos caro.

Cerca de 85 milhões de toneladas de farinha de trigo é usado todos os anos para assar pão. Pela adição de uma enzima chamada amilase maltogénica à farinha, pão permanece fresco mais tempo. Supondo-se que 10-15% de pão é jogado fora, se ele poderia apenas ficar fresco mais 5-7 dias depois, 2 milhões de toneladas de farinha por ano seriam salvos. Isso corresponde a 40% do pão consumido em um país como os EUA. Isso significa mais pão se torna disponível sem aumento de entrada. Em combinação com outras enzimas, o pão pode também ser feito maior, mais apetitoso e melhor de uma gama de formas.

Redução da dependência de fertilizantes, pesticidas e outros produtos agroquímicos

A maioria das aplicações comerciais atuais da biotecnologia moderna na agricultura estão em reduzir a dependência dos agricultores em agroquímicos. Por exemplo, Bacillus thuringiensis (Bt) é uma bactéria do solo que produz uma proteína com qualidades insecticidas. Tradicionalmente, um processo de fermentação, foi usado para produzir uma pulverização insecticida destas bactérias. Nesta forma, o Toxina Bt ocorre como uma forma inactiva protoxina, que requer a digestão por um insecto para ser eficaz. Existem várias toxinas Bt e cada um é específico para certos insetos-alvo. Plantas de cultura já foram modificados para conter e expressar os genes de toxina Bt, que eles produzem na sua forma activa. Quando um insecto susceptível ingere a cultivar cultura transgénica que expressa a proteína de Bt, deixa de se alimentar e logo depois morre como resultado da toxina Bt para a sua ligação da parede intestinal. Milho Bt é agora comercialmente disponível em vários países para controlar a broca do milho (um insecto lepidóptero), que é também controlado por pulverização (um processo mais difícil).

As culturas também foram geneticamente modificadas para a aquisição de tolerância de largo espectro herbicida. A falta de herbicidas de custo-benefício com atividade de amplo espectro e nenhum dano na colheita era uma limitação consistente no manejo de plantas daninhas da cultura. Várias aplicações de numerosos herbicidas foram rotineiramente usadas para controlar uma grande variedade de espécies de ervas daninhas prejudiciais para colheitas agronómicas. Manejo de ervas daninhas tendem a confiar em pré-emergência - isto é, aplicações de herbicida foram pulverizados em resposta a infestação de ervas daninhas esperado, em vez de em resposta às ervas daninhas reais presentes. Cultivo mecânico e capina manual eram muitas vezes necessário para controlar as ervas daninhas não controladas por aplicações de herbicidas. A introdução de culturas tolerantes a herbicidas tem o potencial de reduzir o número de herbicida ingredientes ativos utilizados para manejo de plantas daninhas, reduzindo o número de aplicações de herbicidas feitas durante uma temporada, e aumento de produtividade devido ao melhor manejo de plantas daninhas e menos danos nas culturas. As culturas transgénicas que expressam tolerância ao glifosato, glufosinato e bromoxinil foram desenvolvidos. Esses herbicidas agora pode ser pulverizado sobre os transgênicos sem infligir danos nas culturas ao matar as ervas daninhas nas proximidades (37).

De 1996 a 2001, a tolerância a herbicida foi o traço mais dominante apresentado a culturas transgênicas disponíveis comercialmente, seguido pela resistência a insetos. Em 2001, a tolerância a herbicida empregada na soja , milho e algodão representaram 77% dos 626 mil quilômetros quadrados plantados com culturas transgênicas; Cultivos Bt foram responsáveis ​​por 15%; e "genes empilhados" para a tolerância a herbicida e resistência a insectos usado tanto em algodão e milho representava 8% (38).

Produção de substâncias novas em plantas de cultura

Biotechnology está sendo aplicada para a novela outras utilizações que não alimentos. Por exemplo, oleaginosas podem ser modificados para produzir ácidos graxos para detergentes, substitutos de combustíveis e produtos petroquímicos. Potatos , tomates, arroz , tabaco , alface , safflowers e outras plantas foram geneticamente modificados para produzir insulina e certas vacinas. Se futuros ensaios clínicos terem êxito, as vantagens de vacinas comestíveis seria enorme, especialmente para os países em desenvolvimento. As plantas transgénicas podem ser cultivados localmente e barata. Homegrown vacinas também evitaria problemas logísticos e económicos colocados por ter de transportar preparações tradicionais em longas distâncias e mantê-los enquanto o frio em trânsito. E, uma vez que são comestíveis, eles não precisam de seringas, que não só são uma despesa adicional nas preparações de vacinas tradicionais, mas também uma fonte de infecções se contaminado. No caso da insulina cultivadas em plantas transgénicas, é bem estabelecido que o sistema gastrointestinal quebra a proteína para baixo, portanto, isto não pode actualmente ser administrada como uma proteína comestível. No entanto, ele pode ser produzido a um custo significativamente menor do que a insulina produzida no dispendioso, biorreactores. Por exemplo, com sede no Canadá Calgary, SemBioSys Genetics, Inc. relata que sua insulina produzida-cártamo irá reduzir os custos unitários por mais de 25% ou mais e reduzir os custos de capital associados à construção de uma fábrica de insulina em escala comercial de cerca de US $ 100 milhões em comparação com as instalações tradicionais biofabricação.

Crítica

Há um outro lado da questão da biotecnologia agrícola no entanto. Ele inclui aumentou uso de herbicidas e resistência a herbicida resultante, "super ervas daninhas", e sobre resíduos em culturas alimentares, a contaminação genética de culturas não-GM que prejudicou agricultores orgânicos e convencionais, os danos à vida selvagem de glifosato, etc.

Engenharia biológica

Engenharia biotecnológica ou engenharia biológica é um ramo da engenharia que se concentra em biotecnologias e ciências biológicas. Ele inclui diferentes disciplinas, como engenharia bioquímica, engenharia biomédica, engenharia de bio-processos, engenharia biosystem e assim por diante. Devido à novidade da matéria, a definição de uma bioengenharia ainda não está definida. No entanto, em geral, é uma abordagem integrada dos fundamentais das ciências biológicas e os princípios tradicionais de engenharia.

Bioengenheiros são frequentemente utilizados para incrementar processos biológicos a partir da escala de laboratório para a escala de produção. Além disso, como acontece com a maioria dos engenheiros, que muitas vezes lidar com questões de gestão, económicos e jurídicos. Desde patentes e regulamentação (por exemplo, o regulamento do FDA em os EUA) são questões muito importantes para as empresas de biotecnologia, bioengenheiros são muitas vezes obrigados a ter conhecimentos relacionados a estas questões.

O número crescente de empresas de biotecnologia é susceptível de criar uma necessidade de bioengenheiros nos próximos anos. Muitas universidades de todo o mundo estão agora oferecendo programas em bioengenharia e biotecnologia (como programas independentes ou programas especiais dentro de campos de engenharia mais estabelecidas) ..

Pesquisadores notáveis ​​e indivíduos

  • Canadá:Frederick Banting,Lap-Chee Tsui,Tak Wah Mak,Lorne Babiuk
  • Europa:Paul Nurse,Jacques Monod,Francis Crick
  • Finlândia:Leena Palotie
  • Islândia:Kari Stefansson
  • Índia:Kiran Mazumdar-Shaw (Biocon)
  • Irlanda:Timothy O'Brien,Dermot P Kelleher
  • México : Francisco Bolívar Zapata,Luis Herrera-Estrella
  • US:David Botstein,Craig Venter, Sydney Brenner, Eric Lander,Leroy Hood,Robert Langer,James J. Collins,Roger Beachy,Herbert Boyer,Michael Ocidental,Thomas Okarma,James D. Watson
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