nº20

Ciências da Natureza e Suas Tecnologias

BiologiaProf. Claudio Ponte

A biotecnologia moderna,

também conhecida como

engenharia genética

ou tecnologia do DNA

recombinante, envolve

modifi cação direta do

DNA, que representa o

material genético de

um ser vivo, de forma

a alterar precisamente

defi nidas características

do organismo vivo

ou introduzir novas

características.

A Biotecnologia integra um conjunto de tecnologias habilitadoras que possibilitam utilizar, alterar e otimizar organismos vivos ou suas partes funcionantes, células, organelas e moléculas, para gerar produtos e processos e serviços especializados com aplicações diversas nas áreas de saúde, agropecuária e meio ambiente. Neste contexto estão incluídas, entre outras, pesquisas sobre transgênese, genômica e proteômica (www.mct.gov.bt). Também podemos defi ni-la simplesmente como uso racional de micro-organismos, bem como plantas e animais, para produzir materiais, tais como alimentos, medicamentos e outros produtos úteis para o ser humano. Na prática, é um conjunto de processos tecnológicos que permitem a utilização de material biológico de plantas e animais para fi ns industriais.

A biotecnologia moderna, também conhecida como engenharia genética ou tecnologia do DNA recombinante, envolve modifi cação direta do DNA, que representa o mateiral genético de um ser vivo, de forma a alterar precisamente defi nidas características do organismo vivo ou introduzir novas características. Assim sendo, o uso da biotecnologia moderna implica, inicialmente, no conhecimento e isolamento de sequências de DNA que correspondem a genes responsáveis em conferir a característica desejada (fenótipo). O isolamento dos genes de interesse é conduzido por meio de técnicas de clonagem molecular que consiste em induzir um organismo vivo a amplifi car a sequência de DNA de interesse, em sistemas que permitem uma fácil purifi cação e recuperação do referido fragmento de DNA. Para isso, são utilizados vetores de clonagem (plasmídeos ou vírus), nos quais a sequência de DNA de interesse é inserida, utilizando a enzima DNA ligase. Quando necessário, o fragmento de DNA de interesse pode ser liberado do vetor por meio de enzimas de restrição. Uma vez isolado o gene de interesse, estes fragmentos de DNA (genes) são incorporados por meio de engenharia genética no genoma do organismo alvo, resultando em um organismo geneticamente modifi cado (OGM), cuja característica adquirida passa a ser hereditária.

Diversas tecnologias têm sido desenvolvidas para a inserção de DNA exógenos no genoma de plantas por meio de engenharia genética. Particularmente, para o caso de células vegetais, as tecnologias mais efi cientes para transformação genética consistem em (1) infecção por Agrobacterium tumefaciens, (2) eletroporação de protoplastos e (3) o método biolístico. Todas estas tecnologias envolvem um sistema efi ciente de cultura de tecidos e regeneração de plantas in vitro.(1) Agrobacterium tumefaciens é uma bactéria Gram-negativa encontrada no solo e induz à formação de tumores em plantas.

A BIOTECNOLOGIA NO MUNDO ATUAL

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FB NO ENEM

Os tumores são causados pelo plasmídeo Ti presente na bactéria. Este plasmídeo tem sido amplamente estudado pelos engenheiros geneticistas de plantas por ser extremamente útil para introdução de novos genes em plantas, uma vez que tem a capacidade de transferir um fragmento de DNA para o genoma da planta durante o processo de infecção. Os cientistas modificaram a região do DNA de transferência (região T) do plasmídeo Ti, de forma a tornar possível a inserção de qualquer gene de interesse na planta. Este sistema constitui um sistema natural de transformação de plantas.

Plasmídeo

(2) Eletroporação é uma técnica de transformação ou transfecção que consiste na exposição das células a pulsos de correntes de alta voltagem, o que torna a membrana plasmática permeável, permitindo a penetração do DNA. Protoplastos são células de plantas ou de fungos na qual a parede celular foi removida enzimaticamente, tornando-a mais acessível para transfecção.

Transfemina

citoplasma

citoplasma

endossomo

Liberação do complexo

endossomo

queda do pHlise do endossomo

citoplasma

citoplasma

PlasmídeoDNA

complexoTransfemina/DNA condensado

receptor para transfemina

(3) O Método biolístico consiste em introduzir o DNA na célula, rompendo a barreira da parede celular e da membrana plasmática, sem o uso de vetores biológicos. Para isso, microprojéteis de ouro ou tungstênio, cobertos com moléculas de DNA, são acelerados à alta velocidade, o que possibilita sua penetração em células intactas.

Antes

Tubo de aceleração

Membrana

Partículas + DNA

Tela de proteção

Tecido vegetal

Depois

Produtos obtidos através da biotecnologia:

(a) Agricultura: adubo composto, pesticidas, silagem, mudas de plantas ou de árvores, plantas transgênicas, etc. Observa-se uma busca da proteção vegetal, buscando o controle de ervas daninhas, pragas e doenças, com a integração de soluções químicas e genéticas. O Laboratório de Biologia Molecular Vegetal (LBMV), integrante do Centro de Biotecnologia da UFRGS, trabalha com genes potencialmente capazes de conferir a resistência vegetal a insetos e a outras pragas e resistência vegetal a moléstias fúngicas. Destacam-se no país todo os produtos Bt, toxina com ação inseticida produzida pela bactéria Bacillus thuringiensis, encontrada naturalmente no solo, e que é empregada no controle de certos insetos-pragas que atacam as lavouras, sendo, no entanto, inofensiva para insetos não-alvo, bem como para seres humanos e animais em geral.

(b) Alimentação: pães, queijos, picles, cerveja, vinho, proteína unicelular, aditivos, etc. Já na Antiguidade o homem fazia pão e bebidas fermentadas enquanto uma das fontes de alimentos dos Astecas eram as algas que eles cultivavam nos lagos. Um exemplo atual é o “Golden Rice”, desenvolvido para fornecer vitamina A.

(c) Química: butanol, acetona, glicerol, ácidos, enzimas, metais, etc. Dentre as hidrolases, as enzimas proteolíticas, ou peptidases, ou proteinases, compreendem 50% das enzimas utilizadas industrialmente; também podem ser utilizadas na extração de DNA de células de eucariontes. São empregadas na área de farmacologia, como é o caso da bromelina, enzima proteolítica extraída do abacaxi, que possui a propriedade anti-inflamatória, atividade fibrinolítica e inibição reversível de agregação de plaquetas.

(d) Eletrônica: biosensores. Um biosensor é um dispositivo no qual se incorpora uma substância (ex: uma enzima, um anticorpo, uma proteína, DNA, etc) para poder medir de modo seletivo determinadas substâncias. Um exemplo seria a medida da quantidade de chumbo ou de bactérias na água, ou a quantidade de toxinas presentes nos alimentos.

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(e) Energia: etanol, biogás. O biogás é obtido como produto da transformação da matéria orgânica em gás metano e dióxido de carbono, feita pelas bactérias anaeróbicas em instalações conhecidas como biodigestores. Teoricamente, qualquer resíduo orgânico não esterilizado, sob condições anaeróbicas adequadas, facilita o desenvolvimento de bactérias que atacam os sólidos voláteis (exceto lignina) da matéria orgânica, decompondo-a.

(f) Meio Ambiente: recuperação de petróleo, tratamento do lixo, purificação da água.

(g) Pecuária: o objetivo nessa área é a produção de animais transgênicos que apresentem características de importância comercial, tais como: maior eficiência na conversão alimentar, maior quantidade de proteína na carne, maior taxa de crescimento corporal, maior produção de carcaça e resistência a doenças.

(h) Saúde: hormônios, como somatotropina e insulina, interferon e anticorpos. Os projetos atualmente em desenvolvimento estão relacionados a doenças infecciosas endêmicas no Brasil, como a doença de Chagas, leishmaniose, esquistossomose, febre amarela, malária, hepatite B, tuberculose e diarreia. Outros projetos incluem doenças genéticas (síndrome de Down), drogas anti-inflamatórias, diferentes proteínas associadas ao câncer, bem como metaloproteinases de matriz, desintegrinas, miotoxinas e neurotoxinas de venenos de serpentes brasileiras, modelos biológicos para inflamação e sinalização celular. Medicamentos como antibióticos e anti-inflamatórios são também produzidos pela tecnologia do DNA recombinante. Bactérias que vivem no intestino do homem e de animais são utilizadas como biorreatores e produzem esses fármacos com qualidade e quantidade superiores à metodologia clássica, além de serem produzidas a um preço inferior. Vacinas utilizando a tecnologia do DNA recombinante são alternativas às vacinas tradicionais e já existem muitas sendo comercializadas e outras tantas sendo testadas. Tais vacinas podem ser desenvolvidas eliminando ou destruindo genes do patógeno que causam a doença ou de suas subunidades (proteínas). A terapia gênica (TG) é um tratamento para doenças hereditárias que se caracteriza pela inserção de um gene funcional dentro da célula humana a fim de conferir uma nova função ou melhorar os efeitos de um gene anormal.

Um estudo divulgado pela Universidade de Toronto, no Canadá, intitulado Top Biotechnologies for Improving Global Health (Top da biotecnologia para a melhoria da saúde global) estabeleceu as principais áreas do setor em ordem de importância. São elas:

I. Tecnologia molecular para diagnósticos mais simples e baratos de doenças infecciosas;

II. Tecnologia recombinante para o desenvolvimento de vacinas contra doenças infecciosas;

III. Tecnologia em prol do meio ambiente (incluindo limpeza da água e área sanitária);

IV. Tecnologia da sequência de genomas patogênicos para a compreensão de sua biologia e identificação de novos combates a microrganismos;

V. Proteção contra doenças sexualmente transmissíveis; VI. Bioinformática para identificar medicamentos e para

examinar interações patógenos-hospedeiros; VII. Organismos geneticamente modificados para desenvolver

nutrientes e combater deficiências específicas; VIII. Tecnologia recombinante para o desenvolvimento de

produtos terapêuticos mais baratos; IX. Combinações químicas para descoberta de drogas.

EXERCÍCIOS01. Considere os seguintes processos usados para

obtenção de organismos:I. Substituir o núcleo de um óvulo pelo núcleo

de uma célula diploide do mesmo animal e implantar esse óvulo no útero do animal para que se desenvolva;

II. Obter estacas de um vegetal e plantá-las para que enraizem e formem novas plantas;

III. Semear os grãos de milho para obter novos pés da planta.

Constitui clonagem o que se faz somente em:A) I B) IIC) I e II D) II e IIIE) I, II e III

02. Um floricultor, após intenso trabalho de melhoramento genético, obteve uma variedade de planta com flores de grande valor econômico. Visando a reprodução dessa variedade de planta com a manutenção das características selecionadas, o floricultor deve realizar:A) o retrocruzamento com plantas heterozigotas.B) o plantio de sementes híbridas.C) a retirada dos estames das flores.D) a propagação por sementes obtidas pelo cruzamento

com plantas selvagens.E) a produção de mudas, através de métodos assexuados.

03. Embrapa lança no mercado uvas sem sementes. As três variedades foram criadas por meio de melhoramento genético clássico.

Ciência Hoje, Vol 35, nº 207, agosto 2004, p.37.

O melhoramento genético clássico de que trata o texto refere-se a uma técnica em que os pesquisadores:A) utilizam a obtenção de transgênicos para eliminar as

sementes.B) clonam sequências de variedades diferentes e as

inserem nas três variedades.C) cruzam diferentes variedades produzindo uvas

híbridas sem sementes.D) sequenciam o genoma das variedades e deletam o

gene da produção das sementes.E) manipulam o genoma, inserindo, com um vetor, a

sequência que determina a não formação de sementes.

04. O desenvolvimento da Genética tem gerado tecnologias muito úteis à humanidade. Sobre a Engenharia Genética, assinale a afirmativa correta.A) A determinação da paternidade por meio da

eletroforese em gel é realizada a partir da análise cromossômica das hemácias coletadas da criança, da mãe e do suposto pai.

B) A clonagem molecular consiste em se incorporar ao plasmídeo bacteriano o segmento do ácido ribonucleico que se deseja pesquisar.

C) Organismos geneticamente modificados são aqueles que recebem e incorporam genes de outra espécie e a cópia de seu DNA é obtida pela transcrição.

D) A enzima de restrição (Eco RI) reconhece uma determinada sequência de bases nitrogenadas e corta a dupla hélice de DNA entre nucleotídeos específicos.

E) A determinação do genoma de vírus, importante para terapias gênicas, faz-se por meio de biblioteca de micélios.

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05. “Em primeiro lugar, devemos dizer que o conjunto de técnicas que possibilitam a transgenicidade são mal-chamadas de engenharia genética. A engenharia fundamenta-se na física de Newton e como tal suas técnicas têm precisão e previsibilidade de leis universais, o que não é o caso das técnicas de transplante e inserção de genes. Mas, para inspirar respeito e segurança no mercado, elas recebem a denominação errônea de engenharia genética. A qualidade nutricional dos alimentos da engenharia genética pode ser diminuída e sua absorção ou metabolismo no homem podem ser modificados. Novas proteínas que causam reações alérgicas podem entrar nos alimentos. As pessoas normalmente sabem quais os produtos que as afetam. Entretanto, com a transferência dos alergênicos de um produto para o outro, perde-se a identificação e a pessoa só vai descobrir o que lhe fez mal após a ingestão do alimento perigoso. Cientistas usam genes antibiótico-resistentes para selecionar e marcar os organismos modificados. Tais genes podem diminuir a efetividade de alguns antibióticos em seres humanos e nos animais. ..., o debate mal começou, mas as empresas do setor já estão gastando bilhões de dólares em tecnologia e recursos humanos, numa corrida para renovar a produção de milho, soja e outros produtos, inclusive farmacêuticos”.

Revista do CREA-RJ,2000

No que se refere ao risco à biodiversidade, representado pelos transgênicos, o evento mais significativo é:A) esterilidade do híbrido.B) fluxo gênico com variedades nativas.C) disseminação descontrolada dos genes antibiótico-

resistentes.D) autofecundação, provocada pelo isolamento reprodutivo.E) surgimento de inúmeros novos alergênicos.

GABARITO (V. 19)

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Professor Colaborador: Ricelly

OSG: 46739/11 Paulo 31/05/11 – REV.: RM