A ciência da biotecnologia
A ciência da biotecnologia   
A biotecnologia nasce da simples observação e manipulação da natureza.
Foi assim que, há milhares de anos, plantas e animais foram domesticados e foi descoberta a fermentação.
Mas o passo fundamental, que abriu o caminho para o desenvolvimento da moderna biotecnologia, foi a descoberta do DNA, em 1953.  
Para entender como a biotecnologia pode criar novos tratamentos, é preciso entender um pouco do funcionamento do DNA, seu papel na origem das doenças, e como ele pode ser modificado pela engenharia genética para produzir novos biológicos.  

Como funciona o DNA  
O DNA contém todas as informações genéticas necessárias para um organismo crescer e sobreviver — seja ele uma bactéria ou um ser humano — e é transmitido de uma geração para a outra. Ele é uma molécula longa e enrolada, em forma de fita dupla, que está presente no núcleo de todas as células do corpo.  
Cada fita de DNA é formada por quatro tipos de pequenos blocos, os nucleotídeos C, G, T e A.
Assim como letras formam palavras, a sequência dos nucleotídeos forma genes, que contém instruções para a síntese de proteínas. 
Os genes são ativados ou desativados de acordo com a necessidade de cada célula, processo chamado de regulação gênica.
Quando o gene é ativado, sua informação é usada para sintetizar a proteína codificada por ele.
Falhas na regulação gênica, que causam muitas doença, fazem com que proteínas sejam produzidas quando não são necessárias, ou vice e versa.  

Sintetizando proteínas  
As síntese de proteínas, ou expressão gênica, ocorre em duas etapas: transcrição e tradução.
Na transcrição, uma das fitas do DNA serve de molde para a síntese de uma molécula complementar: o RNA mensageiro (RNAm), que também é composto por nucleotídeos.
O RNAm, portanto, carrega a informação genética do DNA.
No RNAm, cada 3 nucleotídeos formam um códon, sendo que cada códon codifica um dos 20 aminoácidos que formam as proteínas.  
O RNAm sai do núcleo e se liga a uma estrutura celular chamada ribossomo, onde vai ser feita a tradução.
Um outro tipo de RNA, o RNA transportador (RNAt), carrega um aminoácido e se liga ao códon específico do RNAm, que está ligado ao ribossomo.
Quando outro RNAt se liga ao próximo códon, os dois aminoácidos se aproximam e formam uma ligação química, chamada ligação peptídica.
O mesmo se repete com outros aminoácidos, que se ligam entre si formando cadeias de aminoácidos, ou cadeias peptídicas.  
Os aminoácidos dessas cadeias interagem entre si, fazendo com que elas se dobrem diversas vezes, formando uma proteína.
Assim, cada tipo de proteína assume uma conformação tridimensional única.
É esse formato que determina a função da proteína no organismo e com quais moléculas ela vai interagir.

O que fazem as proteínas?  
As proteínas são os principais constituintes das células, e realizam atividades do metabolismo.

Muitas doenças são causadas por falhas no funcionamento de proteínas importantes. Os principais tipos de proteínas são:
  • Proteínas estruturais: dão forma às células, constituem os músculos e conferem resistência e elasticidade aos tecidos.
  • Proteínas transportadoras: transportam substâncias — como as hemoglobinas, que carregam oxigênio.
  • Enzimas catalizadoras de reações químicas. Praticamente todas as reações químicas são catalisadas por proteínas, inclusive a síntese do DNA.
  • Proteínas do sistema imune: anticorpos, que defendem o organismo de doenças e ameaças externas.
  • Proteínas sinalizadoras: enviam mensagens entre células; e receptoras: recebem sinais enviados por outras células.
  • Proteínas que regulam atividade metabólica, como a insulina.
  • Proteínas que atuam como hormônio.  

Como se faz engenharia genética?  
Na década de 1970, a engenharia genética revolucionou a biotecnologia ao modificar diretamente o DNA dos organismos. A engenharia genética é a pedra fundamental da biotecnologia moderna.
A modificação do DNA de um organismo segue as seguintes etapas:
  • O gene que produz a proteína com efeito terapêutico é identificado.
  • A sequência do DNA que contém o gene é cortada. Para isso, são usadas enzimas de restrição, enzimas que as bactérias usam para cortar, como tesouras, o DNA de vírus invasores.
  • O gene é colocado em um vetor, que vai transportá-lo até uma célula. Pode ser um plasmídeo (molécula circular de DNA das bactérias) ou um bacteriófago (um tipo de vírus que infecta bactérias).
  • O gene é colado com as DNA ligases, enzimas de reparo do DNA que são capazes de colar o novo gene no DNA do vetor.
  • Usando o vetor, o DNA é introduzido na célula hospedeira, como a Escherichia Coli (E. coli), ou células de mamíferos em cultura.
  • A célula é induzida a ativar o gene e produzir a proteína desejada.
  • A proteína é extraída e purificada para uso terapêutico.   A célula que recebe o DNA modificando — também chamado de DNA recombinante — traduz e transcreve esse DNA junto com seu próprio DNA.
Dessa forma, acaba produzindo a proteína de interesse, codificada pelo gene que foi introduzido.
Essas células são chamadas de geneticamente modificadas ou transgênicas.  

Proteínas e novos medicamentos  
Com a engenharia genética, os cientistas conseguem fabricar moléculas complexas demais para serem sintetizadas pela química.
Isso gerou novos tipos de terapias importantes, como as proteínas terapêuticas.
Elas podem ajudar a recompor os níveis de uma proteína que abaixou devido a uma doença e podem ser usadas para tratar câncer, doenças circulatórias, doenças do metabolismo, artrite reumatoide e doenças do sistema imune.
Alguns exemplos:
 
Anticorpos monoclonais: anticorpos projetados para neutralizar agentes invasores ou células cancerígenas.  
Proteínas de fusão: proteínas obtidas a partir da associação entre  genes ou partes de genes.    
Vacinas: As vacinas tradicionais usam vírus enfraquecidos, que estimulam o sistema imune a se proteger da doença.
Com a biotecnologia, é possível criar vacinas recombinantes com genes dos vírus.
 

Para desenvolver esses medicamentos, é necessário investir em P&D (Pesquisa & Desenvolvimento) para superar uma série de desafios. Um deles é encontrar uma forma de enviar o medicamento para o local exato onde deve atuar.
Isso porque esses medicamentos podem se degradar no trato digestivo ou na corrente sanguínea.