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27/09/2018

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BIOTECNOLOGIA

Prof. Dr. Gabriel [email protected]

Biotecnologia

Campo da biologia que envolve o uso de organismos vivos

ou componentes biológicos para a obtenção de produtos

ou serviços de interesse humano.

Fabricação de vinho

Fabricação de pão

caseiro

Biotecnologia

Campo da biologia que envolve o uso de organismos vivos

ou componentes biológicos para a obtenção de produtos

ou serviços de interesse humano.

Aplicações da Biotecnologia

• Aumentar e melhorar a qualidade e produtividade

dos produtos;

• Redução de custos;

• Implantar sistemas produtivos ambientalmente

sustentáveis;

• Melhorar a qualidade de vida de pacientes

portadores de doenças incuráveis;

• Produzir medicamentos mais baratos e mais

eficazes;

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Células-Tronco

São células indiferenciadas capazes de se transformar em

outros tipos celulares com funções específicas no

organismo.

Biotecnologia

Células-Tronco

Biotecnologia

Célula-tronco Neurônio

Diferenciação celular

Sem função definida Exerce função no organismo

Todos os genes ativados

Parte dos genes inativados e outra parte

em atividade

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Células-Tronco – Tipos:

1. Células-tronco Totipotentes

� Obtidas do embrião até a mórula (primeiro estágio embrionário).

� Podem se diferenciar em qualquer um dos 216 tipos de células

humanas e ainda formar qualquer anexo embrionário (placenta,

córion, alantóide, saco vitelínico e âmnion).

Biotecnologia


1. Células-tronco Totipotentes

Biotecnologia

Fecundação


2. Células-Tronco Embrionárias (Pluripotentes)

� Células retiradas do interior do embrião na fase de blastocisto,

região denominada embrioblasto ou massa celular interna (MCI).

� São células indiferenciadas, que podem se diferenciar em qualquer

um dos 216 tipos de células humanas e não formam anexos

embrionários.

Biotecnologia

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3. Células -Tronco Adultas (Multipotentes)

� São células indiferenciadas obtidas a partir da medula óssea,

cordão umbilical, intestino e pele.

� São capazes de originar somente os tipos celulares que compõem o

tecido ou órgão específico onde estão situadas.

Biotecnologia


3. Células -Tronco Adultas (Multipotentes)

Biotecnologia

Células-Tronco

LEI BRASILEIRA DE BIOSSEGURANÇA (LEI N°11.105/2005)

� Só é permitido o uso de células-tronco embrionárias a partir de

embriões que estejam congelados há no mínimo três anos ou que

sejam por algum motivo inviável para implantação.

� Além disso, a utilização de células-tronco obtidas de embriões é

liberada apenas para fins terapêuticos ou científicos.

Biotecnologia

Células-tronco IPS (Pluripotentes Induzidas)

Biotecnologia

Não há necessidadede uso de embriões.

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Clonagem

Um clone é um indivíduo derivado de outro e que possui

o mesmo patrimônio genético do indivíduo original.

Biotecnologia Biotecnologia

Clonagem

Natural

Artificial

Reprodutiva

Terapêutica

Clonagem Natural

Ocorre por reprodução assexuada (estaquia, fragmentação,

brotamento, bipartição, ...) ou devido à separação das células do

embrião na fase de blastocisto.

Biotecnologia

Clonagem Natural

Ocorre por reprodução assexuada (estaquia, fragmentação,

brotamento, bipartição, ...) ou devido à separação das células do

embrião na fase de blastocisto.

Biotecnologia

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Clonagem Artificial

Reprodutiva

Clonagem artificial

terapêutica

Tecnologia do DNA Recombinante(Engenharia Genética)

Técnica que permite manipulação do DNA para diversos fins de

estudo.

Ferramentas principais:

� Plasmídeos: DNA extracromossomal circular bacteriano.

� Enzimas de restrição: Cortam o DNA em locais específicos

(sequências palíndromos).

� Enzimas ligase: Unem fragmentos de DNA.

Biotecnologia

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Vetores de clonagem molecular

•O termo vetor é usado para

descrever qualquer veículo que

carrega o DNA para o interior de

uma célula hospedeira.

Vetores ou veículos de clonagem:

- Plasmídeo (1000-10.000 pb)

- Bacteriófago (10.000-30.000 pb)

- Cosmídeo (35.000-40.000 pb)

- Cromossomo artificial de bactéria (BAC) (300.000 pb)

- Cromossomo artificial de levedura (YAC)

Plasmídeo: São pequenas moléculas de DNA dupla fita, contendo os elementos necessários para a sua replicação e pelo menos um gene que confere resistência a antibiótico.

Bactéria transgênicaprodutora de insulinahumana

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Genética Molecular – Genômica

Transgênico x Cisgênico

Qualquer organismo que possui um ou mais genes de outra espécie.

Biotecnologia

Leonard, J. N. The First Farmers, 1974.

Biotecnologia Vegetal Plantas Transgênicas

Pamela Ronald – The case for engineering our food – TED2015

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Plantas Transgênicas

Pamela Ronald – The case for engineering our food – TED2015 Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector

Método Tradicional

Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector

Transgenia


Cisgenia

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Aplicações da Biotecnologia Vegetal

• Melhoramento de plantas e aumento da produtividade

• Produção de plantas adaptadas às condições adversas de clima (seca, frio) e solo

• Resistência a insetos e doenças

• Vegetais enriquecidos em termos de nutrientes: como vitaminas (β caroteno), proteínas e ferro

Golden rice: Arroz transgênico

Golden Rice: Arroz transgênico

• Nenhuma espécie de arroz produz beta-caroteno (precursor de vitamina A), crucial para a visão e resistência à doenças



Arroz dourado - betacarotenoPlantas Transgênicas


Vírus da mancha anelar

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Variedade domesticadaVariedade silvestre Resultado

Cruzamento

tradicional

Gene desejável

X

Biotecnologia

moderna

Gene desejável

Transformação Genética de plantas

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1. Identificar um gene de

interesse;

2. Isolar o gene de interesse;

3. Inserir (Clonar) o gene em um

vetor de expressão;

4. Transformação - Transferir para

o tecido da planta;

5. Regenerar plantas;

6. Análise e testes de segurança;

7. Testes de campo

8. Aprovação e Comercialização

Produção de plantas transgênicas

MÉTODOS DE TRANFORMAÇÃO

ELETROPORAÇÃO: A célula é submetidaa um campo elétrico que faz com quepequenos poros sejam abertostemporariamente em sua membrana poronde o DNA pode ser inserido

TÉCNICA DE MICROINJEÇÃO: permite a introdução direta e precisa doDNA exógeno no citoplasma e/ou núcleo do protoplasto ou da célula vegetal,por meio de uma micro seringa. A fina agulha capilar não destrói a célulainoculada, permitindo sua posterior recomposição.

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TÉCNICA DE BIOBALÍSTICA OU BIOLÍSTICA

-Microprojéteis (ouro ou

tungstênio 1 a 3 µm);

-São aceleradas

(>1500Km/h) por um gás

carreador, que projeta

estas esferas contra

células;

-Entrada do DNA no

núcleo das células

bombardeadas.Gene gun - arma genética

BiobalísticaFonte: Genetics - from genes to genomes, 2ª Edição

Genética Molecular –Transgênicos

Tumor tipo galha-da-coroa provocado por Agrobacterium tumefaciens

Fonte: Genetics - from genes to genomes, 2ª Edição

Técnica da Agrobacterium tumefaciens Transferência via Agrobacterium

A. tumefaciens

núcleo

Célula da planta

Plasmidio Ti pTi

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INTRODUÇÃO POR PROCESSO NATURAL DE DNA EXÓGENO

Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium

65%

Biolística

21%

Outros

7%Peg + Eletrop.

7%

Métodos utilizados para transformação

Insegurança Pontos Positivos Pontos Negativos

Redução dos custos de produção. Efeitos colaterais desconhecidos

Menos despesas com agrotóxicos e

adubos.

Prejuízos ao ecossistema

Produção de alimentos ricos em

proteínas e vitaminas.

Surgimento de superpragas

Produção de alimentos pobres em

gordura trans.

Diminuição da biodiversidade

Produção de alimentos contendo

vacinas

Monopólio da tecnologia nas mãos

de empresas estrangeiras

Produção de espécies resistentes à

secas e geadas.

Cobrança de royalties (patentes)

Erradicação da fome no mundo. Eliminação dos pequenos

produtores agrícolas

Aumento do desemprego

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Portaria do Min. da Justiça de nº 2.658, de 22/12/2003

Apresentação Gráfica do Símbolo para Rótulos

Impressos em Policromia:

Apresentação Gráfica do Símbolo para Rótulos

Impressos em Preto e Branco:

Fonte: Tsai et al. Detecção Quantitativa de OGMs (curso CENA/USP), 2004


• Rotulagem de OGMsIdentificação de pessoas pelo DNA

Biotecnologia

Cada indivíduo possui a sua própria

informação genética.

Nas moléculas de DNA encontram-se

regiões de repetições de bases

nitrogenadas, cujo número, tamanho e

localização são variáveis de individuo para

indivíduo.

Técnicas: RFLP e PCR

Identificação de pessoas pelo DNA

Biotecnologia

Aparelho de PCR Técnica de Eletroforese


Biotecnologia

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Eletroforese em gel de poliacrilamida(SDS-PAGE)

Genética Molecular – Ferramentas Básicas

Eletroforese em gel de poliacrilamida(SDS-PAGE)

Genética Molecular – Ferramentas Básicas

Controle Tratamento


Controle Tratamento


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Biotecnologia

Padrões de VNTR de três suspeitos de um

crime em que foi feito a técnica de

eletroforese utilizando-se uma gota de

sangue.

Biotecnologia

Teste de paternidade

Biotecnologia

Teste de paternidadeTeste de paternidade

Biotecnologia

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Teste de paternidade

Biotecnologia

• Em 1997

• University of Munich (Svante Paabo)

• Sequência de 379pb DNA mitocondrial


Descoberto

em 1856

• DIFICULDADES:

- Fragmentação do DNA

- Quantidade de DNA

- Cuidado com contaminantes


• 13 anos depois (2010)

- Max Planck Institute (Svante Paabo)

- Sequenciamento de mais de 4 bilhões de pb


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Genética Molecular – Genômica Genética Molecular – Genômica

– Os primeiros genomas sequenciados:

• Bactéria de vida livre Haemophilus influenzae (1995 – 1.8 Mb)

• Bactéria do trato intestinal Escherichia coli

• Primeiro Eucarioto: Saccharomyces cerevisae (1996 – 12 Mb)

• No Brasil: Bactéria Xylella fastidiosa (primeiro fitopatógeno)

• Primeira planta: Arabidopsis thaliana

• Animais: Caenorhabditis elegans (1998 – 100 Mb)

• Animais: Drosophila melanogaster (2000 – 180 Mb)

• Genoma Humano (2001 – Primeiro esboço de 3000 Mb)

Escherichia coli C. elegans H. influenzae Arabidopsis thaliana

Por que sequenciar um genoma?


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•Tamanho acurado dos genomas

• Número e tipo de genes• Estrutura gene/genoma

• composição de bases• regiões reguladoras• duplicações

• Ferramentas para estudar a função gênica

• Enfoque direto (Fenótipo ao gene)

• Enfoque reverso (Gene ao fenótipo)


Quais organismos foram sequenciados primeiro?


• Caenorhabditis elegans (1998)

• Drosophila melanogaster (2000)

• Arabidopsis thaliana (2000)

•Por quê?






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• Por quê?– Organismos pequenos

– Genoma pequeno (50 – 150 Mpb)

– Ciclo de desenvolvimento curto

– Grande número de progênies


Hartl, “Genetics” 3a Ed, 1994, p 374


Como é feito o sequenciamento?


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MAPA DE MAIOR RESOLUÇÃO

- Sequência completa do DNA do genoma


- Sequência completa do DNA do genoma


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MAIOR DESAFIO DO SEQUENCIAMENTO


MAIOR DESAFIO: MONTAGEM DE SEQUÊNCIA


DNA genômico fragmentado

Ligação dos fragmentos em vetores BAC

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WGS de ÚLTIMA GERAÇÃO



WGS de ÚLTIMA GERAÇÃO


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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genemap98/

Sequenciamento automático


Escala industrial



Alta capacidade de processamento



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Obstrução de vasos responsáveis

pelo transporte de água e nutrientes

http://www.fapesp.br



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•O que não podemos aprender com osgenomas sequenciados?

– Qual a função destes genes na célula?

– Qual a interação dos produtos gênicos?


Até a próxima aula...

Prof. Gabriel Feresin

Colégio Olimpo

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