BIOTECNOLOGIA E

ENGENHARIA GENÉTICAPROFESSOR VASCO

BIOTECNOLOGIA

Envolve técnicas que permitem ao homem utilizar organismos para a obtenção de substâncias de utilidade para o ser humano. Por exemplo, cruzamentos experimentais para obtenção de raças mais apuradas de gado e cavalos e também de vegetais mais ricos em determinados nutrientes.

ENGENHARIA GENÉTICA

Envolve técnicas que permitem o transplante de genes do DNA de uma espécie para o DNA de espécie diferente.Dessa maneira, é formado o chamado DNA recombinante, que é a associação de duas ou mais moléculas de DNA de espécies diferentes que não são encontradas juntas na natureza.

APLICAÇÕES DA ENGENHARIA GENÉTICA

•Testes altamente preciosos de paternidade e deidentificação de criminosos.•Localização de genes associados a doençasgenéticas.•Detecção de genes relacionados com odesenvolvimento de câncer.•Terapia gênica.•Produção de vacinas sintéticas.Obtenção de organismos transgênicos.

ENZIMAS DE RESTRIÇÃOSão enzimas especiais também chamadas de ENDONUCLEASES, que cortam a molécula de DNA em pontos específicos.

Com a ação das enzimas de restrição é possível a retirada de um gene do DNA permitindo a introdução de outro gene pertencente ao DNA de outra espécie, obtendo o DNA recombinante.

A enzima de restrição EcoRI, por exemplo, corta o DNA entre as bases G e A.

A EcoRI é uma endonuclease descoberta a partir da Escherichia coli (Eco). O R, vem da palavra Restrição e I porque foi a primeira enzima de restrição descoberta.

DNA FINGERPRINT

É considerado a “impressão digital” do DNA.É semelhante a um código de barras.É obtido a partir da técnica denominada Eletroforese

FORMAÇÃO DO DNA FINGERPRINT

O DNA é submetido a enzima de restrição.A enzima de restrição fragmenta o DNA em segmentos com tamanhos diferentes, sendo uns menores e outros maiores.Os fragmentos do DNA são colocados em uma placa de gel ( agarose ) que é submetida a uma campo elétrico, gerando dois pólos (+ e - ).Os fragmentos do DNA,por serem negativos, se movimentam em direção ao pólo +.Os fragmentos menores se movimentam mais rápido ficando na posição anterior ; em seguida, se situam os fragmentos maiores.Dessa forma, é obtido o DNA fingerprint que permite a análise nos exames de DNA em determinadas circunstâncias, como em disputas de paternidade e em investigação criminal.

É feita uma comparação entre os DNAs fingerprint dos indivíduos em análise. Aqueles que tiverem o maior número de bandas em comum, apresentam alguma relação entre eles.

MELHORAMENTO GENÉTICO

O conhecimento da hereditariedade tem gerado tecnologias de grande utilidade para o ser humano.

As espécies de animais e plantas que constituem nossa alimentação básica, foram domesticadas e “melhoradas” em várias regiões do mundo.

O melhoramento genético consiste em selecionar e aprimorar as características das espécies visando a utilização pelo ser humano.

O melhoramento genético é um processo antigo, que no início era realizado por maneira intuitiva. Por exemplo, se um agricultor desejava obter espigas de milho com maior número de grãos, ele apenas selecionava as sementes de milho com tal característica.

Atualmente, o processo de melhoramento genético é feito baseado no conhecimento da genética.

EXEMPLO DE MELHORAMENTO GENÉTICO ANIMAL

Gado Santa Gertrudes, produzido no King Ranch, em Kigsville no Texas, EUA.É um ótimo produtor de carne e resistente a doenças parasitárias e ao calor

Resultante do cruzamento de dois tipos

Gado ShorthornÓtimo produtor de carne, mas sensível a doenças e ao calor

Gado Braham ( Zebu )Menor produção de carne e é resistente a doenças e ao calor

Problemas em relação ao melhoramento genético

Um dos principais problemas relacionados ao processo é a obtenção de linhagens com baixa variabilidade genética, ou seja, poucas diferenças entre os indivíduos da população.

Tal fato poderia levar a uma diminuição da adaptação dos indivíduos a variações ambientais.

TRANSGÊNICOS OU ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS ( OGMs )

São organismos que recebem genes de outras espécies.São obtidos visando a produção de substâncias de utilidade para o ser humano.As plantas são muito utilizadas na obtenção de transgênicos que produzam toxinas contra pragas.Bactérias transgênicas vem sendo utilizadas para a produção de insulina, hormônio de crescimento, anticorpos específicos, fator VIII (necessários aos hemofílicos).Pode-se, por exemplo, introduzir um gene humano emum camundongo ou um gene de inseto em umaplanta. Por esses mecanismos foram obtidoscamundongos gigantes e planta de fumo que brilhava.

- O gene da insulina humana é isoladoutilizando-se enzimas de restrição para cortar o DNA humano;

- O gene humano é inserido em um plasmídeo bacteriano que também foi submetido a enzima de restrição;

- Ativa-se o plasmídeo, para a transcrição do gene e produção da proteína (insulina);

- Retira-se a insulina da bactéria.

PRODUÇÃO DE INSULINA HUMANA A PARTIR DE BACTÉRIAS

Planta de algodão resistentes às lagartas.

Reduz a necessidade de utilização de pesticidas. Os

gastos de produção diminuem e a poluição ambiental também é

reduzida.

Golden Rice. Arroz geneticamente modificado que contém um gene que codifica a produção de β-caroteno. Foi produzido para evitar que as populações pobres da Ásia adoecessem por avitaminoses.

EXEMPLOS DE ORGANISMOS TRANSGÊNCOS

MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE TRANSGÊNICOS

Utilização da bactéria Agrobacterium tumefaciens

Biobalística

Eletroporação de Protoplastos

Utilização da Agrobacterium tumefaciens

Tal bactéria ocorre no solo e possui a capacidade de introduzir seu plasmídeo no interior de células vegetais.

O plasmídeo se incorpora ao material genético da célula do organismo a ser modificado.

Atua, portanto, como um vetor natural para introdução do DNA no organismo a ser modificado.

BIOBALÍSTICA

Envolve a utilização de microprojéteis de ouro ou tungstênio associadas à moléculas de DNA, que são introduzidas nas células do organismo que se deseja modificar. Tal procedimento não traz prejuízo para as células, sendo, por isso, um método muito utilizado hoje em dia.Vantagem: não utiliza vetores como vírus e bactérias para a introdução do DNA no organismo a ser modificado.

ELETROPORAÇÃO DE PROTOPLASTOSUm plasmídeo e o protoplasto ( célula vegetal sem parede celular) são colocados em mesma solução.

A solução é submetida a descargas elétricas de alta voltagem, promovendo a abertura de poros na membrana plasmática do protoplasto.

Tal processo permite a introdução do plasmídeo no protoplasto e sua associação com o genoma de tal célula.

CLONAGEM Processo famoso pela técnica que resultou, em

1996, na ovelha Dolly. Nessa técnica, a um óvulo de ovelha teve seu núcleo removido. Uma célula da glândula mamária de outra ovelha teve seu núcleo igualmente retirado. De posse de um óvulo anucleado e do núcleo da célula mamária, foi provocada uma eletrofusão. Assim, o núcleo somático fundiu com o citoplasma do gameta sem núcleo resultando em uma célula que se comportou como zigoto.

A partir do zigoto, formou-se uma blástula que foi implantada no útero de uma ovelha adulta.

Nasceu Dolly, a ovelha clonada.

CLONAGEM

CLONAGEM REPRODUTIVAA clonagem reprodutiva visa a obtenção de um organismo. Foi o caso da ovelha Dolly ou da vaca Vitória (EMBRAPA/DF).

CLONAGEM TERAPEUTICAA clonagem terapêutica visa a obtenção de células-tronco embrionárias. Um clone é formado, gera uma blástula que nunca é implantada, apenas serve como uma massa de células que podem ser consideradas células-tronco de alta versatilidade.

TERAPIA GÊNICA

Consiste na substituição do gene anormal que leva à manifestação de determinada doença, pelo gene normal.

Atualmente, os estudos de terapia gênica limita-se às células somáticas. Porém, no futuro pretende-se atuar sobre os gametas, evitando a transferência do gene anormal para os descendentes.

EXEMPLOS DE DOENÇAS-ALVO DA TERAPIA GÊNICA

FENILCETONÚRIA

HIPERCOLESTEROLEMIA

ANEMIA FALCIFORME

IMUNODEFICIÊNCIA HUMANA (ADA)

PRINCIPAIS MANEIRAS DE INTRODUÇÃO DE GENES EM HUMANOS

TÉCNICA EX VIVO

TÉCNICA IN VIVO

TÉCNICA EX VIVO: Uso de um vetor (Ex.: vírus) modificado que contenha o

alelo normal.

Em seguida, são coletados leucócitos do sangue da pessoa afetada e permite-se que os vírus alterados infectem essas células.

Os vírus introduzem o gene normal nos leucócitos.

Os leucócitos, agora modificados, se multiplicam e são reintroduzidos no paciente.

TÉCNICA IN VIVO :

Consiste na clonagem do gene normal e de seu preparo para introdução no paciente por meio de injeção intravenosa ou intramuscular.

Dessa maneira, o gene incorpora-se às células do paciente e dentro delas passa a comandar a síntese da proteína normal.

VACINAS GÊNICAS Genes de agentes causadores de doenças e que

codificam proteínas responsáveis por estimular o sistema imunológico humano têm sido isolados.

Tais genes são introduzidos em bactérias e clonados. O produto da ação desses genes, ou seja, a proteína, é

purificado para depois ser introduzido no organismo, estimulando a produção de anticorpos, isto é, atua como vacina.

Exemplo de doenças que já estão produzidas vacinas gênicas: Hepatite B e Meningite.