BIOTECNOLOGIA NA PRODUÇÃO DE

ALIMENTOS SEGUROS E SAUDÁVEIS

Alda Lerayer

1800 a.C.

O levedo é usadopara fazer vinho, cerveja e pão

100 d.C.

Os chineses usamcrisântemo em pócomo inseticida

1797

A vacina viral contra varíola começa a ser 

usada

1861

Pasteur define a função dos 

microorganismos

1865

Mendel descobrea hereditariedade

1953

Watson e Crick revelam a estrutura

do DNA

1973

Cohen e Boyer transferem um gene de um organismo

para outro

1982

A insulina humana é produzida por

engenharia genética

1983

As primeiras plantastransgênicas sãodesenvolvidas

São realizados osprimeiros testes de campo com plantas

transgênicas

1986

1994 1995 2000 2003

O primeiroalimento GM chegaaos supermercados

nos EUA

A soja transgênicachega ao mercado

O arroz transgênico é criado

O genoma humano é concluído

Amadurecimento por mais tempo na própria planta: propriedades melhoradas de armazenagem e transporte (sem refrigeração) e industrialização

MELHORAMENTO TRADICIONAL DE PLANTASCaracterísticadesejada

X

Muitas característicaspodem ser transferidas

PlantaDoadora

VariedadeComercial

Nova Variedade

Característicadesejada

+

Apenas a Característicadesejada é transferida

BIOTECNOLOGIA DE PLANTAS

DoadorVariedadeComercial

Característicadesejada

Nova Variedade

Convencional vs Transgenia

Onde:folharaiz

Quando:início germinaçãoataque insetoQuanto:

muito, pouco.

...ATCGTGATATACTAGACGATGCATGACCACCCAACTGAACTGTAACTTTAAC...

O que:proteína bactericida

absorção de Fesíntese açúcar

Final do gene

terminadora

Estrutura modular do gene

promotor codificante

Utilização de microrganismos, plantas e animais transgênicos na Medicina

Insulina

Antibióticos

Vacinas

Hormônio de crescimento

Anticoagulantes – produzidos por cabra GM na Europa. Uso de animais para síntese de coagulantes e para a síntese de medicamentos: correção de erros inatos do metabolismo

Eritropoietina – EPO – fator de crescimento do sangue. que estimula a produção de glóbulos brancos

34 novos angioegênicos

etc, etc ....                                     

Examples of Brazilian health biotechnology products

Vacinas Recombinantes

Vacinas de subunidadeVacinas vetorizadas (BCG)Vacinas de DNA

Pneumonia enzoótica suínaLeptospiroseAnaplasmoseTuberculose bovina

Vacinas vetorizadasVetores virais� vacina contra peste bovina� vacina contra raiva� leucemia felina viral� Poliovírus

Vacinas de DNA

Compostas de DNA plasmidial capaz de expressar uma proteína antigênica no interior 

de células transfectadas, induzindo uma resposta imune

• Cólera

• Diarréia

• Hepatite B

• Gripe Aviária

• Febre Aftosa

Plantas Vacinas

Plantas como biofábricas:

• Plantas Produtoras de Remédios, vacinas: Unicamp

tem 2 patentes: milho produtor de insulina de hormônio de

crescimento.

Diagnóstico e vacinas

Responsável pelacoagulação do 

sangue – usado porhemofílicos

ELETROPORAÇÃO

DNA de um organismo é introduzido em outro

Nisin Controlled Expression (NICE) system

☺ Aumentar o número de cópias de um gene em uma linhagem.☺ Introduzir um novo gene em uma linhagem.

Acetaldehyde

Folic Acid

Serin hydroximetil transferase

Conselho de Informações sobre Biotecnologia

A maioria dos produtos lácticos contém 

altos níveis de bactérias viáveis

a definição legal de iogurte em muitos países

inclui a presença de bactérias viáveis (vivas)

probióticos somente podem execer sua ação 

benéfica se as bactérias forem viáveis

Aplicação direta de microrganismos

culturas  starter; 

flavour, (sabor e  

aroma); proteólise; 

autólise; produtos 

probióticos; inibição de 

microrganismos 

deterioradores e 

patogênicos

proteínas, ácidos nucléicos, carboidratos e células

INSUMOS PRODUZIDOS PELOS MICRORGANISMOS:

proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos, ou mesmo células).

metabólitos essenciais ou primários e metabólitos não essenciais ou secundários). 

Enzimas

Glutamato de sódio Edulcorantes

Acidulantes Óleos essenciais

Corantes Espessantes

Produtos obtidos a partir de cultura pura de microrganismos específicos, sob condições estritas de

Boas Práticas de Fabricação (BPF) e altamente controladas, em fermentadores ou reatores.

Condições ideais de crescimento para os microrganismos são bem conhecidas, testadas e seguras.

Microrganismos e as substâncias quimicamente definidas por eles produzidas devem ser

consideradas GRAS (Generally Recognized as Safe), ou seja, que sejam totalmente seguras para o

homem e animais.

Principais aditivos alimentares produzidos por via fermentativa por microrganismos geneticamente modificados (MGM)

Espessantes: polissacarídeos como xantana, gelana, pululana, dextrana

Vitaminas: riboflavina (B2), cianocobalamina (B12), biotina (H), ácido ascórbico(C)

Aromas: diacetil, esteres de ácidos graxos (principalmente  frutados)

Edulcorantes: sorbitol, manitol, aspartame

Realçador de sabor: glutamato

Aminoácidos (outros): prolina, lisina, fenilalanina, treonina, isoleucina.

Acidulantes: ácido cítrico, ácido lático

Pigmento: beta‐caroteno

Praticamente todos os alimentos industrializados usam enzimas, ou uma combinação delas, em seus processos

Sustentabilidade: pequena quantidade de enzimas permitem economia de produtos químicos, energia e água1 kg de enzimas = redução de 100kg de CO2 

2007: evitou‐se a emissão de 20 milhões de toneladas de CO2 devido ao uso de enzimas  nos processos industriais.

Quimosina produzida por microrganismos GM

Enzima  Proteolítica:pode reduzir o tempo de maturação:economia de 

US$ 50 milhões

PUREZA E IDENTIDADE

‐ Alto grau de pureza e qualidade:

‐ não possui enzimas contaminantes (pepsina, 

normalmente encontrada no coalho de estômago de 

bezerros)

‐ não possui resíduos de DNA/RNA

‐ não possui resíduos dos organismos de produção

‐ aprovação por série de testes toxicológicos

(aprovada pelo FDA e UE)

‐ queijos  são considerados vegetarianos e kosher

80%  do mercado mundial

Enzimas para muitas aplicações

DetergentesAs enzimas auxiliam na remoçãode manchas, sem danificar asfibras e renovando as cores dostecidos, além de ser um produtonatural e 100% biodegradável.

PapelAs enzimas podem reduzirdrasticamente a quantidade de cloronecessária para o branqueamento dopapel. Logo estará disponível umaenzima que vai ser capaz de eliminarpor completo o uso do cloro.

TêxtilUtilizadas para dar o efeito"Stonewashed" ao jeans, diminuindoos riscos de danos às máquinas etecidos causados pela utilização depedras no processo de lavagem.

CouroUtilizadas na limpeza, proporcionam maciez e flexibilidade ao couro, 

eliminando a necessidade de solventes químicos. 

Enzimas para muitas aplicações

PanificaçãoUtilizando‐se enzimas na 

preparação do pão, o processo de envelhecimento pode ser retardado, mantendo o pão "fresco" por mais tempo.

Sucos e VinhosUtilizadas para aumentar a 

produtividade na extração da polpa das frutas e para 

melhorar a cor e aroma dos vinhos. 

XaropeUtilizadas para extração do açúcar de outras fontes como o amido 

de milho, sem a utilização de 

equipamentos especiais e ácidos fortes.

Crescimento de 10 a 20% ao ano

A tecnologia do rDNA tem sido usada em 

grande escala industrial com sucesso 

desde a década de 80, para a produção 

comercial de vários aminoácidos 

essenciais, tais como, lisina, treonina e 

triptofano. 

Produção de aminoácidos

Metabolismo humano requer a forma L, 

privilegiando a síntese microbiana, que 

produz L‐aminoácidos. 

L‐fenilalanina: produção de aspartame: presente em mais de 5000 produtos

1.700.000 ton/ano

700.000 ton/ano

Realçador de sabor

Aditivo derações

Aumento de sabor 

(bebidas)

Aditivos: edulcorantes

Aditivos produzidos por MGMs

1.Ribloflavina‐ B2

• Microrganismos: • Eremothecium ashbyii e  Ashbyagossypii:  > 20 g/l

• Candida sp e B. subtilis – 30 g/l

• Linhagens superprodutoras de Bacillus→ genética clássica

2.Cianobalanina – B12

• Microrganismos: Propionibacterium shaermanii, Pseudomonas denitrificans

• Produção: 150mg/l

• Valor de mercado: US$ 71 milhões

3.Biotina

• Microrganismo: Serratia marcescens

• Melhoramento: mutagênese e clonagem molecular →produção de 600 mg/l

VitaminasVitamina B2

Aditivos produzidos por MGMs

Como essa história começou? Há muito tempo atrás... Domesticação das Plantas

Domesticação

Tomate cultivado (esquerda) e a espécie selvagem aparentada Lycopersiconpimpinellifolium (direita; 1cm).Fonte: Prakash, 2001

Brassica

Repolho selv. Couve 500 a. C. Repolho 100 d.C. 

Couve‐flor 1400 Brócolos 1500 Couve-de-bruxelas 1700

• Agrobacterium rhizogenes e Agrobacterium tumefaciens são patógenos naturais das plantas.

• Estas bactérias transferem parte de seu DNA para as células vegetais

Agrobacteriumtumefasciens

Transformação “natural” de plantas ...

Vírus da mancha anelar do mamão papaia (PRSV)

• Em 1997 PRSV dizimou a produção de papaia no Havaí.

•Problema limitante também na Indonésia, Malásia, Filipinas, Tailândia, Vietnam, Taiwan, Austrália, Jamaica e Brasil.

•Não existe resistência natural.

•1969 – PRSV encontrado em São Paulo e Rio de Janeiro.

•1984 – 73% da produção moveu‐se para regiões remotas para evadir do vírus.

Quando não há “parentes” com a característicadesejada o melhoramento clássico via cruzamentosnão é suficiente.

Vassoura de bruxa: fungo do cacau Bicudo do algodoeiro

Ferrugem da soja

Fonte: Embrapa

Limitações do melhoramento clássico

No Brasil:

Análise técnicade segurança alimentar e ambiental 

CTNBio

Lei de Biossegurança

Nº 11.105 – 2005

Estabelece normas de segurança e fiscalização para atividades que envolvem OGMs e seus derivados

Decreto de Rotulagem

Nº 4.680 – 2003

Acordos Internacionais

Convenção da Biodiversidade Biológica 

Protocolo de Cartagena

CODEX Alimentarius

Legislação Brasileira

Aprovação Comercial OGM

Comissão Técnica Nacional de Biossegurança

Integrante do Ministério da Ciência e Tecnologia

Colégio multidisciplinar de caráter consultivo e deliberativo

Suporte técnico – formular, atualizar e implementar a Política Nacional de Biossegurança

27 titulares e 27 suplentes

Requisitos

Reconhecida competência técnica 

Grau acadêmico de doutor

Destacada atividade profissional  nas áreas de biossegurança, biotecnologia, biologia, saúde humana e animal ou meio ambiente

Lei de Biossegurança/CTNBio

I – 12 especialistas com notório saber científico e técnico:

3  área de saúde humana

3 área animal

3 área vegetal

3 área ambiental

II - 1 representante  de cada um dos seguintes órgãos: 

Ministério da Ciência e Tecnologia

Ministério do Desenvolvimento Agrário

Ministério da Agricultura, Pecuária e  abastecimento 

Ministério da Saúde

Ministério do Meio Ambiente

Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio 

Ministério de Relações Exteriores  

Ministério da Defesa

Secretaria Especial Aqüicultura e Pesca 

Lei de Biossegurança/CTNBio

III – Especialista em defesa do consumidor  indicado pelo Ministro da Justiça 

IV – Especialista na área de saúde  indicado pelo Ministro da Saúde 

V – Especialista em meio ambiente indicado pelo Ministério do Meio Ambiente 

VII ‐ Especialista em biotecnologia  indicado pelo Ministro da Agricultura, Pecuária e Abastecimento  

VII – Especialista em agricultura familiar  indicado pelo Ministro do Desenvolvimento Agrário 

VIII – Especialista em saúde do trabalhador indicado pelo Ministro do Trabalho e Emprego 

Lei de Biossegurança/CTNBio

A reunião da CTNBio poderá ser instalada com a presença de 14 (catorze)membros incluído pelo menos um representante de cada uma das áreasmencionadas.

As decisões da CTNBio serão tomadas com votos favoráveis da maioria absolutade seus membros.

Lei de Biossegurança/CTNBio

Conselho Nacional de Biossegurança

Órgão de assessoramento do Presidente da República

Para formular e implementar a Política Nacional de Biossegurança

Decisões baseadas em fatores sócio‐econômicos

11 Membros

Ministro Chefe da Casa Civil ‐ PresidenteMinistro da Ciência e TecnologiaMinistro do Desenvolvimento AgrárioMinistro da Agricultura, Pecuária e Abastecimento Ministro da JustiçaMinistro da SaúdeMinistro do Meio AmbienteMinistro do Desenvolvimento, Indústria e Comércio ExteriorMinistro das Relações ExterioresMinistro da DefesaSecretaria Especial de Aqüicultura e Pesca

Lei de Biossegurança/CTNBio

As avaliações de biossegurança são feitas durante a fase experimental para detecção de problemas.

Se ocorrem problemas, a pesquisa é abortada, independentemente se é feita pelo setor público ou privado.

Ex: ‐ ervilha da Austrália‐ proteína da castanha do Pará na soja e          

no feijão

Biossegurança

AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA DE UMA PLANTA GM

A toxina é produzida pela bactéria Bacillus thuringiensis.

Tem ação letal contra alguns grupos de insetos.

A pulverização com Bacillus thuringiensis tem sido usada para matarinsetos desde 1960.

Convencional TransgênicoBt

OGM resistente a insetos

35S vírus  Cry (Bt) Term

Ácidos Nucléicos presentes nos alimentos são hidrolisados no trato gastrintestinal

Superprodução de ácido úrico causa Gota: desvio no metabolismo de bases 

púricas

Ácidos nucléicos são quebrados drasticamente no trato GI

Nucleosídeos e bases nucleicassão absorvidos

Raros fragmentos que escapam à hidrólise são absorvidos por enterócitos e macrófagos

Restante é excretado pelas fezes

95% do DNA são hidrolisados após passagem pelo 

duodeno

Hidrólise dos ácidos nucleicos

por DNAses e RNAses

mononucleotídeos

fosfatasesH2PO4‐ + nucleosídeos

purinas e pirimidinas + D‐ribose e D‐desoxiribose

aminotransferase catabolismo

Ácido úrico CO2+NH3 Fragmentos de 100 a 400 bp(raramente até 1.700 bp) 1 a 

7 hs após alimentação

Lei de Biosssegurança aprovada em 2005 está sendo cumprida

A avaliação de novos eventos está ocorrendo dentro do prazo estabelecido na Lei

Número de eventos agronômicos aprovados: 21

Número de vacinas aprovadas: 10

Número de microrganismos aprovados: 01 levedura

Biotech adoption by countries

MILHO

Previsão de comercialização para safra 2010 / 2011:  >65%

Riscos efetivos da polinização cruzada das culturas é grande porque:‐ difícil a total separação (preço, não adoção das normas de coexistência); dificilmente haverá ausência de milho GM em milho convencional 

Capacidade de segregação, GMO & GMO free, do setor – baixa e cara

Custos adicionais do processo produtivo – do campo até a indústria: No mínimo R$ 300,00 por ha.

Risco de presença adventícia de milho GM nas indústrias: altíssimo

Outras culturas com potencial para migrar para GMO – arroz, feijão, batata, cana de açúcar, trigo, palma. etc

AlgodãoLinhoAbóboraMilhoBatataTabacoArrozGirassolTrigo ChicóriaMamãoMelãoTomateBeterrabaCanolaMaçãEucalíptoFeijão

Soja, Algodão e ...

SEGUNDA E TERCEIRA GERAÇÕES DE PLANTAS GM

Enriquecimento nutricional

Melhoramento das propriedades tecnológicas

Aumento do conteúdo de micronutrientes

Enriquecimento de compostos biologicamente ativos

Modificação de funções

• Nutracêuticos ( funcionalidade na saúde, prevenir doenças)

Tipos de Plantas Geneticamente Modificadas para Características de

Qualidade Aprovadas para Testes de Campo nos EUA em 2001

Biotec: Soja com baixo teor de ácido linoléico

• O óleo de soja com baixo teor de ácido linoléico é umaalternativa saudável para reduzir a produção de ácidos graxostrans.

• Esse óleo não requer hidrogenação e comporta‐se como umagordura parcialmente hidrogenada.

• Além disso, não oxida tão facilmente quanto os óleostradicionais.

Mandioca  dourada

Betacaroteno

Mandioca com Pró‐Vitamina A

Mandioca com mais Proteínas

Mandioca com mais vitamina A, proteínas e Ferro

Projeto da EMBRAPA em colaboração com o Grupo do Arroz Dourado (África)

Biotecnologia é uma forte aliada para a conservação da natureza e pode ser usada com o objetivo de reduzir os efeitos do aquecimento global

• Pouca disponibilidade de água

• Calor excessivo

• Solos salinos

• Solos fracos

Desafios do Aquecimento Global e daAgricultura no Semi-Árido

•Terceira Geração: Resistência a estresse abiótico (calor, seca, salinidade)

Decreto nº 4680 – 2003 e Portaria MJ nº 2658 – 2003Dizeres de rotulagem

Limite de presença acidental de OGMs de 1% para o produtos como um todo – detectabilidade

Art. 3: Alimentos e ingredientes alimentares destinados ao consumo humano ou animal que contenham ou sejam produzidos com OGMs, inclusive, produtos produzidos a partir de animais alimentados com ração contendo ingrediente transgênico – rastreabilidade

Alimentos embalados e vendidos a granel

Pode ser considerada ilegal: Pela IN do MAPA o critério a ser adotado é o da detecção. 

Porém em que pese seja possível defender o critério da detecção, pelas decisões judiciais recentes, em especial a do Piauí, que ainda  está vigente até que as partes obtenham efeito suspensivo no recurso, os alimentos devem ser rotulados como GM independentemente do limite de presença de OGM no produto 

final. 

Legislação Rotulagem

Soja GM e seus derivados em alimentos

Milho GM e seus derivados em Alimentos e Rações

Todos os segmentos da indústria de alimentos utilizam tanto o milho quanto a soja e seus derivados em larga escala.

RotulagemAções Judiciais – São Paulo, Piauí, Rondonópolis, BrasíliaTendência do judiciário – Rotulagem relacionada a segurança do produto Bunge e Cargill – obrigadas a rotular 

Rotulagem

Rotulagem????

Segurança e Benefícios da Biotecnologia

Eliminação ou modificação de proteínas alergênicas

Redução da contaminação de grãos com micotoxinas

Redução de defensivos agrícolas

Redução de custos

Fonte: J. Santuro, 2001

Segurança e Benefícios da BiotecnologiaRedução da contaminação de grãos com micotoxinas

Toxina T‐2Fusarium

Danos econômicos aos produtores de aves e suínos

Aflatoxina

‐ Necrose aguda, cirrose e carcinoma de fígado em diversas espécies animais;

‐ Nenhuma espécie animal é resistente aos efeitos tóxicos da aflatoxina

Fumonisina

vômitos,hemorragias,

recusa do alimento,necrose da epiderme,

diminuição do ganho de peso,diminuição da produção de ovos e leite,interferência com o sistema imunológico,

morteCasos de câncer do esôfago em humanos. 

Milho convencional

atacado por Fusarium

Milho Bt

Santuro et al., 2001

A tecnologia GM pode oferecer maiorsegurança ao meio ambiente e aos seres

humanos

1. Menor uso de pesticidas

2. Menor aplicações/ha

3. Uso de pesticidas com menor grau de 

toxicidade

4. Menor utilização de água

5. Menor utilização de diesel

Vantagens ambientais da Biotecnologia

Outra afirmação enganosa: “somente multinacionais fazem transgênicos”

Genome Project – Brazilian Financial Support

FAPESP ONSA (Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis)Virtual Genomics Institute ‐ 30 laboratories related to research institutions of São Paulo State. More than 200 cientists involved.

CNPQ  Regional Network 240 scientists in 48 institutes

Genome already sequenced (2006):

Plants: sugar cane, coffee, eucalypt, orange, corn, guaraná;

Phytopathogenic Microorganisms: Xyllela fastidiosa, Crimitelles perniciosa – (witches’ broom disease in cocoa)

Pathogenic Microorganisms: Schistosoma mansoni, Paracoccidioides brasiliensis, Xanthomonas 3 spp.

Industrial Microorganisms: Chromobacterium violaceum

Head and neck cancer genome

Transcriptome Project: Fapesp, CTC, Ethanol Producers, Embrapa, Unicamp, IAC, several Universities

‐ Sugarcane, coffee, eucalypt

‐ cancer genes – development of cancer diagnose Kits ‐ USP

FAPERJProteomic Network

35 researchers in different areas – 5 laboratories of 3 scientific institutions – (interaction between

sugar cane protein and Nitrogen fixation, Xyllela, etc)

Genes associated to sugar production, identified in these projects, are already been used for the production of transgenic plants with increased levels of sucrose.

Post-Genome Project – Brazilian Financial Support

Biocombustíveis e Biotecnologia: possibilidade de melhorar a produtividade da terra

Novas variedades GM desenvolvidas por empresas brasileiras públicas e privadas:  40% mais açúcar, IR e HT

Em 10 anos, com o dobro da produtividade de etanol por hectare, o Brasil produzirá mais de 15 bilhões nas mesmas áreas utilizadas 

atualmente.

Futuro Próximo: As variedades GM também resistentes ao estresse abiótico (terras secas), fixação simbiótica de nitrogênio

E ...‐Desempenho melhorado de leveduras, resistentes ao etanol, etc.

‐ A Utilização de Biomassa Celulósica só pode ser feita por meio da Biotecnologia

Brazil develops biotech crops

Fonte: EMBRAPA

Alimentares

Produção de cerveja

ex: Saccharomyces carlsbergensis

Fermento para pães e ETANOL

ex: Saccharomyces cerevisae

S. cerevisae GM para cervejaria e panificação estáaprovada desde 1990

Geneticamente modificadas na década de 80

Leveduras - Produtos

Leveduras GMProdução  geneticamente modificadas para produção de:EtanolDieselGasolinaCelulosePlástico...........

DNA de OGMs é 

considerado tão 

seguro quanto 

qualquer outro 

DNA em 

alimentos

Jonas et al., 2001 alda.lerayer@cib.org.br

www.cib.org.br

www.biotecpragalera.org.br