OS GRANDES DESAFIOS DA HUMANIDADE

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1 CRBio2 - XXII Encontro de Biologia ENBIO - 22 e 23/11/2016 OS GRANDES DESAFIOS DA HUMANIDADE A conservação da biodiversidade sob a ótica da biotecnologia Dra. Maria Antonia Malajovich Diretora Científica de ACTE Biotecnologia: ensino e divulgação maria.antonia@bteduc.bio.br

2 CAL OCKR O (Chuquisaca, Bolívia)

3 BIOFILIA (E. O. Wilson, O Naturalista, 1994) Afinidade inata que os seres humanos têm com outras formas de vida... A implicação mais importante é o princípio que ela lança para uma ética de conservação duradoura DESTRUIÇÃO DE HABITATS A SEXTA EXTINÇÃO Taxa 1000 vezes maior do que no passado MUDANÇAS CLIMÁTICAS ANTROPOCENO GLOBALIZAÇÃO

4 BIODIVERSIDADE: Totalidade da variação hereditária nas formas de vida, em todos os níveis de organização (genes, espécies e ecossistemas) BIODIVERSIDADE VALOR ESTÉTICO Componente do desenvolvimento econômico e social, Base da agricultura e da medicina VALOR MORAL BIOTECNOLOGIA Bens Serviços VALOR UTILITÁRIO

5 QUAIS OS SERVIÇOS QUE A BIOTECNOLOGIA PODERIA FORNECER À BIODIVERSIDADE? 1. Identificação de espécies 2. Estudo de comunidades microbianas 3. Conservação da diversidade ainda existente 4. Tratamento de um conflito de difícil solução 5. Erradicação de espécies invasoras? 6. Recriação de formas de vida extintas? 7. Criação de novas formas de vida?

6 1. IDENTIFICAÇÃO DE ESPÉCIES A= verde; T vermelho, C= azul, G: preto Sequenciamento de uma região standard do DNA (Custo atual 0, dólares por base) DNA BARCODES Comparação com outras sequências de DNA registradas em bancos de dados Procariotas Animais Plantas Fungos Genes codificadores do rrna Sequências de um gene mitocondrial Sequências de 2 genes do cloroplasto Região ITS (Internal Transcribed Spacer)

7 2. ESTUDO DE COMUNIDADES MICROBIANAS (MICROBIOMAS) Menos de 1% das espécies microbianas podem ser estudadas mediante as técnicas clássicas de cultivo METAGENÔMICA Sequências gênicas Funções dos genes Estrutura da comunidade Extração do DNA da comunidade microbiana da amostra de solo e construção de uma biblioteca genética BIOINFORMÁTICA

8 3. CONSERVAÇÃO DA DIVERSIDADE AINDA EXISTENTE Giovanni Stanchi, Afunilamento agrícola: 15 plantas 2/3 dos alimentos; só 14/148 espécies animais foram domesticadas

9 3. CONSERVAÇÃO DA DIVERSIDADE AINDA EXISTENTE Centros de origem (N. Vavilov) Atualmente, 2-30 milhões de espécies Regiões ameaçadas (Hotspots, N. Myers)

10 In situ Ex situ

11 3. CONSERVAÇÃO DA DIVERSIDADE AINDA EXISTENTE N.I. Vavilov Instituto Vavilov Svalbard Global Seed Vault Coleções de sementes (Conservação a C ou C)

12 3. CONSERVAÇÃO DA DIVERSIDADE AINDA EXISTENTE Cultivo in vitro de células e tecidos animais: sêmen, ovócitos, embriões e células somáticas Cultivo in vitro de tecidos vegetais: protoplastos, meristemas, calos Coleta de material em campo Intercâmbio Coleta de material in vitro Cultivo em campo (condições controladas) Diagnóstico e erradicação de doenças / Quarentena Cultivo in vitro Iniciação e multiplicação Utilização Distribuição do germoplasma Cultivo in vitro Crescimento lento Cultivo in vitro Criopreservação

13 3. CONSERVAÇÃO DA DIVERSIDADE AINDA EXISTENTE Genética : uso de marcadores moleculares neutros (microssatélites) para estudar o impacto da deriva genética, do endocruzamento e do fluxo gênico entre e/ou dentro das populações. Genômica

14 4. TRATAMENTO DE UM CONFLITO DE DIFÍCIL SOLUÇÃO Para alimentar 9,5 bilhões de pessoas em 2050 será necessário um aumento da produção de alimentos de 60 a 70 % sobre os níveis de 2006 CRESCIMENTO DISTRIBUIÇÃO DA SUPERFÍCIE HABITÁVEL DA TERRA Usos diversos 34% 1/3 Florestas Pradarias e pastagens 24% 31% Grãos e cereais 10% Cultivos diversos 1%

15 4. TRATAMENTO DE UM CONFLITO DE DIFÍCIL SOLUÇÃO ENGENHARIA GENÉTICA Resistência a insetos Resistência a vírus Tolerância a herbicidas Klümper W, Qaim M (2014) A Meta- Analysis of the Impacts of Genetically Modified Crops. PLoS ONE 9(11) Pesticidas - 27%, Produção + 22% Rendimento dos produtores + 68% TECNOLOGIA AGRÍCOLA Rotação de culturas, adubação verde, manejo de pragas e de nutrientes, plantio direto com uma cobertura na superfície do solo

16 4. TRATAMENTO DE UM CONFLITO DE DIFÍCIL SOLUÇÃO A PERCEPÇÃO PÚBLICA Argumentos racionais Incerteza, ambiguidade Necessidade de um marco regulatório Argumentos políticos Argumentos religiosos Precisam-se de 13 anos e 135 milhões de dólares para desenvolver um traço novo e responder ao processo regulatório de cada OGM. Só o processo regulatório demanda 75 novos estudos e demora de 5 a 7 anos

17 4. TRATAMENTO DE UM CONFLITO DE DIFÍCIL SOLUÇÃO A edição gênica com CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) Os mecanismos naturais da célula tendem a reparar o corte sítio-dirigido, produzindo-se alguns erros (mutação de ponto, deleção) e possibilitando a inserção de um transgene.

18 5. ERRADICAÇÃO DE ESPÉCIES INVASORAS?

19 5. ERRADICAÇÃO DE ESPÉCIES INVASORAS? GENE DRIVES To build an endonuclease gene drive, an endonuclease transgene must be inserted in place of a natural sequence that it can cut. If it can efficiently cut this sequence in organisms with one transgene and one natural locus, reliably induce the cell to copy the transgene, and avoid being too costly to the organism, it will spread through susceptible wild populations. (K.M.Esvelt et al., 2014)

20 6. RECRIAÇÃO DE FORMAS DE VIDA EXTINTAS? Para recriar o mamute, seria necessário complementar as partes do genoma faltantes com sequências de elefante africano; substituir, em um zigoto, o genoma do elefante africano pelo do mamufante; inseminar artificialmente uma fêmea de elefante africano e aguardar dois anos até a cria nascer. Esta seria, provavelmente, muito parecida ao mamute, mas qual seria o destino desses animais? ORGANISMOS EXTINTOS Sequenciamento de animais extintos, como os dois mamutes (Mammuthus primigenius) congelados no permafrost da Sibéria, 60 mil e 20 mil anos atrás.

21 7. CRIAÇÃO DE NOVAS FORMAS DE VIDA? Synthia, 2010 (Mycoplasma laboratorium) / I. Craig Venter BIOSSEGURANÇA Aspectos preocupantes. Necessidade de sistemas de contenção para impedir a liberação de organismos sintéticos no ambiente

22 MUITO OBRIGADA! Biotecnologia: ensino e divulgação maria.antonia@bteduc.bio.br