DNA recombinante e biologia sintética

Transcrição

DNA recombinante e biologia sintética Elibio Rech
Mendel (1822‐1884)
Contribuição da EMBRAPA para a agricultura
Evolução dos Sistemas de Produção - Soja
Genética + Fixação de N + Melhoramento das práticas culturais
Agronegócio brasileiro
Movimenta cerca de 500 bilhões de reais/ano (33% do PIB)
Gera mais de 17 milhões de empregos (37% do total nacional)
Rende 30 bilhões de dólares em exportações (42% do total)
Segurança alimentar: um dos principais desafios deste século Atender às demandas crescentes decorrentes do crescimento da população global, a produção de alimentos, os impactos das mudanças climáticas e a escassez de água e terra
Reaping the benefits: science and the sustainable intensification of global agriculture; Sir David Baulcombe FRS, University of Cambridge, UK; Royal Society. October 2009.
• Embora as estatísticas indicam que as demanda de alimentos possa ser suprida com as tecnologias existentes, os números escondem a injustiça e a insustentabilidade da produção alimentar global atual
• Iniquidade
Evidências de 1 bilhão de pessoas com fome. • Insustentabilidade
é uma realidade, porque os mais altos níveis de produtividade das culturas de alimentos em muitas regiões esgotam os estoques de recursos não renováveis, causa danos aos ecossistemas, e tem uma elevada emissão de carbono (através da depleção de carbono dos solos, a combustão de combustível e do custo energético da produção)
• Agricultura familiar
É toda unidade de produção dedicada, total ou parcialmente, a atividades agropecuárias, florestais e aqüícolas, subordinada a uma única administração: a do produtor ou a do administrador. População rural em mil habitantes:
Em 2007 – 16,5%; em 1950 – 63,8%
Norte
Nordeste
Centro‐Oeste
Sudeste
Sul
Brasil
3.630
14.770
1.789
6.440
4.739
31.368
11,6
47,1
5,7
20,5
15,1
100
Fonte: Censo Agropecuário: 1995/2006
Fonte: Censo Agropecuário: 1995/2006
O enorme e pouco conhecido potencial de
pujança da agricultura familiar brasileira.
O estudo sugere uma mudança de paradigma
cultural no que diz respeito ao meio rural, o
avesso da tradição rural brasileira e exibe a
existência de um novo e poderoso eixo de
desenvolvimento para o País
Sistemas de produção de soja convencional, orgânico
e transgênico (GM) nos Estados Unidos da América,
são igualmente importantes e viáveis para a produção
de soja em escala necessária para responder as
necessidades atuais e futuras?
Estudo comparou a sustentabilidade dos 3 sistemas de
produção e identificou as estratégias que podem ser
utilizadas com base no fator econômico e ambiental
Fonte: The Science Source for Food, Agricultural, and
Environmental Issues. www.cast-science.com
Sistemas de produção de soja
Estados Unidos da América - 2009
Sistema de Produção
(%)
convencional (transgênico)
92
convencional antigo (não-transgênico)
8
orgânico
Fonte: Council for Agricultural Science and Technology, USA
Email: [email protected]; CAST Website: www.cast-science.org
0.2
• rigorosos requisitos para o estabelecimento um sistema
orgânico e regulamentos para manutenção pode exigir mais
empenho que muitos produtores estão e/ou estarão dispostos
ou capazes de realizarem;
• o custo de produção é maior e os rendimentos são menores
do que para um sistema de soja não-orgânica
• um excesso de oferta de soja orgânica deverá dissipar o
preço mais elevado
O presente e o futuro antecipado para a produção de orgânicos
em pequenas áreas cultivadas com soja nos Estados Unidos não
irá contribuir para a sustentabilidade a longo prazo e para a
produção em geral
Entretanto será rentável para produtores que utilizem pequenas
áreas.
O sistema orgânico será importante no abastecimento dos nichos
de mercados
Area global de OGM’s
Milhões de hectares (1996 a 2009)
Um recorde: 14 milhões produtores, em 25 países, plantaram 134 milhões de hectares em
2009, um crescimento sustentável de 7% ou 9 milhões de hectares comparado a 2008.
Fonte: Clive James, 2010
Area global (Milhões de Hectares) de OGM’s,
2009: por país
Fonte: Clive James, 2010
Genoma Humano
Plantas transgênicas na
agricultura
soja tolerante a herbicidas
Geração de evento elite de soja
Desenvolvimento de cultivares de soja transgênica
tolerantes a herbicidas (imidazolinonas) como opção
para o mercado mundial.
Balancear os sistema de rotação de soja
Produtores de sementes: 2010/11
Produtores de grãos: 2011/12
BIDPI : Compositaes (picão-preto)
SIDRH : Guanchuma (vassourinha)
EPHHL : Euforbias
COMBE : Comelinas (Trapueraba)
IPOGF : Ipomeas
CYPRO : Ciperáceas (titirica)
CIÊNCIA REGULATÓRIA
Abordagem para Avaliação de Segurança
do Evento BPS‐CV127‐9
CV127 Soja: submissão comercial
Data
País (autoridade)
Dezembro 2008
Brasil (CTNBio)

Janeiro 2009
Janeiro 2009 Janeiro 2009
Janeiro 2009
Japão (MHLW)
Japão (MAFF‐Food) Europa (EFSA)
USA (USDA‐Env & Feed)

Janeiro 2009
USA (FDA‐Food)

Fevereiro 2009
Março 2009
Abril 2009
Outubro 2009
Outubro 2009
Dezembro 2009
Janeiro 2010
Fevereiro 2010
Fevereiro 2010 Maio 2010
Canada (HC‐Food)
Canada (CFIA‐Env)
Canada (CFIA‐Feed)
Australia/ NZ (FSANZ)
Japão (MAFF‐Feed)
Koreia (RDA, KFDA)
Koreia (NIER, NFRDI, KCDC)
China (MOA)
Philipinas (Industry Bureau)
Argentina (SENASA)

CV127 Soja: futura submissão comercial
Mexico
Maio 2010
Taiwan
Maio 2010
Argentina
Maio 2010 (Conabia)
Australia/ NZ Q2/2010 (FSANZ) Colombia
Q3/2010
Russia
Q3/2010
India
a ser definido
Paraguai
a ser definido
Uruguai
a ser definido
Bolivia a ser definido
Africa do Sul
a ser definido O potencial estimado na redução de emissões de
CO2 equivalente em função da introdução da soja
“Cultivance” (geneticamente modificadas
tolerantes a herbicidas) setor produtivo
Fonte:EMBRAPA/BASF/PG Economics
- Examinada em termos de mudanças no volume (quantidade) de
ingrediente ativo aplicado, mas é completada pelo uso de um indicador
alternativo, o quociente de impacto ambiental (EIQ; Kovach et al., 1992).
- Atualizado anualmente, integra eficazmente os vários impactos
ambientais dos pesticidas individuais em um único valor de campo "por
hectare” . O valor EIQ é multiplicado pela quantidade de pesticida
ingrediente ativo (ia) por hectare utilizado para produzir um campo de
valor EIQ.
- O EIQ não leva em conta todos os problemas e impactos ambientais,
não sendo portanto um indicador global.
Potencial de redução de combustível a partir da adoção da soja “Cultivance” (milhões de litros/ano)
linha de base é 2009‐10 área de plantio de cerca de 23,1 milhões
Potencial de redução de dióxido de carbono a partir da adoção da soja “Cultivance” (milhões de Kg/ano)
linha de base é 2009‐10 área de plantio de cerca de 23,1 milhões
- Cada hectare de Cultivance representará uma potencial de redução
de 1,045 litros de combustível (2,87 Kg.ha-1 de redução da emissão de
CO2) em relação à soja convencional e economia de combustível
0,5225/litro (1,435 kg ha-1 de redução de CO2) em relação a soja OGM
(glifosato)
- Usando três cenários possíveis para a adoção (10/20/30%), o
potencial de redução de combustível anual associada com a adoção
de “soja Cultivance” esta em um intervalo de 1,2 a 7,2 milhões de
litros/ano. A potencial de redução de emissão de CO2 resultante na
atmosfera indica a faixa de 3,11 milhões kg e 19,9 milhões de kg/ano.
Produção de moléculas recombinantes
em plantas genéticamente modificadas
utilizando a tecnologia do DNA recombinante
visando setor farmacêutico e industrial
CO
Seção de soja
(100 X) lmicroscópio de luz
VSP
VSP = vacuolos de estocagem de proteínas
CO = corpos de óleo
Weeks after pollination
1
2
3
4
human growth hormone
PCR
Seed developmental stages
Hormônio do crescimento humano
Análise da imunocitoquímica ultrastructural em sementes de soja geneticamente
modificadas indicando o acúmulo correto do hormônico do crescimento humano
Detecção da sequencia do hormônio do crescimento humano produzido
em sementes de soja utilizando espectrometria de massa
Semana após a polinização
1
2
3
4
Fator de coagulação humana ‐ IX
PCR
Estágios de desenvolvimento
da semente
Fator de coagulação humana – FIX
Análise da imunocitoquímica ultrastrutural em sementes de soja geneticamente
modificadas indicando o acúmulo correto do fator de coagulação humana
Detecção do fator de coagulação humana
produzido em sementes de soja
utilizando espectrometria de massa
MICROBICIDA contra HIV
Microbicida recombinante cyanovirina
PSV
PSV
PSV
OB
Análise da imunocitoquímica ultrastructural em sementes de soja geneticamente
modificadas indicando o acúmulo correto do microbicida contra HIV
ANTÍGENOS CONTRA CÂNCER
Os antígenos CTAG, GAGE e PLAC1 constituem
importantes moléculas para o reconhecimento específico
de câncer pelo sistema imune em função da restrita
expressão em tecidos normais, mas com ocorrência
frequente em diferentes tecidos cancerígenos
The promise of NY‐ESO‐1 as a candidate for specific immune recognition
of cancer comes from its restricted expression in normal tissues but frequent
occurrence in cancer
Expressão do antígeno CTAG contra câncer em plantas de tabaco
Moléculas
contra HIV
+
GFP
GFP
Extração e purificação
dos medicamentos
Fonte: Nature, 466:554‐556, 2010
Biotecnologia e a biodiversidade
Agregação de valor da biotecnologia e biodiversidade. A figura mostra o possível comportamento
Da dependência do valor associado como função do tempo, para um perído arbitrário de 10 anos.
O gráfico (fig. 1) mostra a função vn(x)=100(x/10)n para variação de n, como uma ilustração para
os possíveis resultados. O gráfico (fig. 2) mostra a função vn(x)=100 -100(x/10)n para
Variação de n, como os possíveis resultados
BIODIVERSIDADE
Genoma de aranhas da biodiversidade
brasileira para a produção de
biopolímeros
Parawixia bistriatra minor ampullate spidroin (gene-bank: GQ275358)
GAGAGGGYGGGYGAGGGAGAGAGAGAGAG
AGAGAGRGGAGGYGAGAGAGAGAAAAAAA
Melro & Rech 2010. J Mol Modelling, no prelo
Produção de fibra sintética da teia
de aranha em Bactéria
geneticamente modificada
Fibra sintética da teia da aranha Parawixia bistriata
Fibra sintética recombinante da teai de da aranha Nephila clavipes
Algodão transgênico
Algodão
Bioenergia
Modificação do óleo de soja para
Melhoria do desempenho das misturas no biodiesel
e composições
Limitação do uso de soja é a instabilidade
oxidativa e resfriamento
Como aumentar a atratividade?
Reduzir a expressão do gene Fad2-1
e aumentar a expressão do gene da hydroxylase
isolado da mamona (Ricinus communis)
Graef et al. Plant Biotechnology
Journal 7: 411- 421, 2009
Gomord et al., Plant Biotechnology Journal (2010) 8, pp. 564–587
Rota metabólica da glicosilação de proteínas em plantas
Gomord et al., Plant Biotechnology Journal (2010) 8, pp. 564–587
Regulamentação/Biosegurança
Requerimentos gerais referentes às medidas de
contenção de plantas utilizadas para a produção de
proteínas recombinantes para o setor farmacêutico e
industrial.
Medidas específicas dependem da planta hospedeira,
tipo de proteína, local de produção e práticas da
manipulação
Fonte: Spok et al., 2008. Trends in Biotech vol. 26 n.9
Diagrama geral para a produção de moléculas recombinantes
(fármacos) em plantas
Condições para obtenção de permissão para a
utilização de plantas para a produção de fármacos nos
Estados Unidos da América
Separação de plantas sexualmente compatíveis (e.g.
1,7 Km para plantas de polinização cruzada como o
milho)
Distância de 25 m ao redor do cultivo.
Proibido o cultivo de plantas para alimentação humana
e animal no ano seguinte
Equipamento segregado (não pode ser utilizado em
cultivos para alimentação)
Submissão de procedimentos operacionais padrão
requiredos, dependendo da categoria de risco a seguir:
- Pessoal envolvido no plantio de colheita;
- Infraestrutura de estocagem de sementes/folhas e
equipamentos utilizados para manipulação;
- Limpeza, processamento e secagem das sementes;
- Tratores e acessórios
- Monitoramento de pessoal durante e após os
experimentos de campo;
- Produtores e contratos. Annual;
- Programas de treinamento de pessoal envolvido;
- Auditoria dos experimentos;
- Inspeção in locus antes, durante e após a produção
Fonte: (Halsey et al. 2002)
Contenção no campo: estudo da dispersão de pólen
Vel ocidade do vento/direção direção (Halsey et al. 2002)
INOVAÇÃO OPERACIONAL
INTENSIFICAÇÃO SUSTENTÁVEL DA PRODUÇÃO
INTERAÇÃO ACERTIVA NORTE-SUL
TECNOLOGIAS INOVADORAS NECESSITAM DE ESTRATEGIAS
MULTIDISCIPLINARES
INCREMENTO NO DESENVOLVIMENTO DOS PRODUTOS DE BASE
TECNOLÓGICA
BASF Plant Sciences
Hemobras
Instituto Butantan
Ludwig Institute for Cancer Research
National Institute of Health
St’s George Hosp Med Sch, Univ
London
Universidade de Brasilia
Universidade de Campinas
Universidade de São Paulo
University of Wyoming