DNA recombinante e biologia sintética
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DNA recombinante e biologia sintética
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 Fonte: The Science Source for Food, Agricultural, and Environmental Issues. www.cast-science.com 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 Fonte: The Science Source for Food, Agricultural, and Environmental Issues. www.cast-science.com 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