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Engenharia Genética

Construção de novos seres vivos?

A engenharia genética permite manipular os genes de determinados organismos e transferi-los de umas espécies para outras.

Técnicas utilizadas:

• DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas

• Reacções de polimerização em cadeia - PCR

• Tecnologia do DNA complementar - cDNA

• Tecnologia do DNA recombinante - rDNA

Tecnologia de DNA recombinante

Permite combinar na mesma molécula de DNA genes provenientes de fontes diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante (rDNA).

Baseia-se na utilização de ferramentas moleculares:

enzimas de restrição.

ligases do DNA.

vectores.


Enzimas de Restrição

Foram descobertas em bactérias que produzem estas enzimas (endonucleases de restrição) para se defenderem de outros organismos parasitas por ex. Vírus.

Estas enzimas reconhecem e cortam sequências específicas do DNA viral inactivando-o.



Reconhecem determinadas sequências de DNA e cortam a molécula nestes locais - as zonas de restrição.Estas zonas correspondem a sequências de DNA simétricas que se lêem da mesma forma nas 2 cadeias na direcção 5`- 3`.

Originam fragmentos de DNA em dupla hélice - Fragmentos de restrição, com extremidades em cadeias simples - extremidades coesivas.

DNA



Actualmente já foram identificadas mais de 100 Enzimas de Restrição.

O nome das enzimas compõe-se das iniciais do nome da espécie e às vezes da sigla da linhagem da bactéria que a produz.


Ligases do DNA

As extremidades coesivas podem ligar-se por complementariedade a outro DNA, catalisadas por outras enzimas - ligases do DNA

Tecnologia de DNA recombinanteVectores

São moléculas de DNA que transportam segmentos de DNA de um organismo para outro. Os mais utilizados são: Plasmídeos e Vírus


Produção de insulina humana

Actualmente cerca de 50% da insulina humana é produzida por leveduras geneticamente modificadas da espécie Saccharomyces cerevisiae.

Biblioteca de genes

As bibliotecas de Genes podem também ser conseguidas utilizando outra tecnologia - DNA complementar - cDNA.

Os genes clonados através da tecnologia do rDNA podem ser conservados em bibliotecas genómicas ou bibliotecas de genes

Ficam assim disponíveis para posteriores utilizações.

DNA complementar - c DNA

Os procariontes são muito utilizados em Engenharia Genética porque:

Este problema pode ser ultrapassado pela obtenção e transferência de DNA complementar ou cDNA.

No entanto, não processam o mRNA e, quando recebem genes com intrões, estes não são retirados e a proteína produzida não é funcional.

• Têm processos bioquímicos bem conhecidos.

• Têm um crescimento rápido.

• São fáceis de cultivar.

DNA complementar - c DNAO cDNA é um DNA sintético, sem intrões, que é produzido a partir de um mRNA funcional pela acção da transcriptase reversa.

1 - Isola-se uma molécula mRNA funcional das células.

2 - Adiciona-se transcriptase reversa e nucleótidos livres. A transcriptase reversa cataliza a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de uma molécula de mRNA que funciona como molde.

3 - Junta-se uma enzima que degrada o mRNA que serviu de molde e DNA polimerase que cataliza a formação da cadeia complementar de DNA.

A transcriptase reversa foi isolada em vírus que possuem a sua informação codificada em RNA e que necessitam de a passar para DNA quando infectam as células para se reproduzirem.

Reacção de polimerização em cadeia - PCR

Estas tecnologias, rDNA e cDNA, são muito eficazes mas como o processo de clonagem é feito em células na sua maioria bactérias, torna-se muito moroso e trabalhoso.

Para resolver este problema foi desenvolvida uma técnica em 1983 - o PCR que permite a amplificação de genes in vitro em oposição à clonagem in vivo.Obtêm-se assim, muitas cópias de DNA em pouco tempo.

Utiliza-se uma enzima Taq polimerase extraída de uma bactéria - Termus aquaticus que habita nas fontes termais com temperaturas iguais ou superiores a100OC.

Recorre-se actualmente a termocicladores.


1 - Desnaturação da dupla hélice - O fragmento de DNA é aquecido de modo a separar as 2 cadeias.

2 - Emparelhamento dos iniciadores - Diminui-se a temperatura para ocorrer a ligação dos pequenos fragmentos iniciadores (primers).

O procedimento é repetido e em cada ciclo a quantidade de DNA duplica.

O PCR é uma técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.

3 - Polimerização (síntese) de DNA - Adicionam-se nucleótidos livres e DNA polimerase resistente ao calor -Taq polimerase Esta liga-se aos iniciadores promovendo a formação de uma cadeia complementa reconstituindo a dupla hélice.


Esta técnica permite a obtenção de biliões de cópias de uma porção de DNA em poucas horas (cada ciclo demora alguns minutos) e é executada por máquinas.

DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas

Em 1984, com base neste princípio, foi possível desenvolver uma técnica destinada a identificar porções de DNA - DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas

Com excepção dos gémeos verdadeiros, cada indivíduo possui o seu próprio DNA, que é único.


No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição.

Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de modo diferentequando sujeitos a electroforese e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.

Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos cujas dimensões e composição em nucleótidos variam de pessoa para pessoa.


Técnica de electroforeseOs fragmentos de DNA são aplicados numa camada de gel e submetidos a um campo eléctrico.

Quando a corrente é ligada, os fragmentos movem-se a velocidades inversamente proporcionais ao seu tamanho.

Quando o campo é desligado, fragmentos do mesmo tamanho estacionam juntos em determinada posição do gel, formando faixas.

Fotos do gel tratados sob iluminação ultravioleta revelamum padrão de faixas típicas do DNA analisado que é característico para cada pessoa e corresponde à sua impressão digital genética.

Aplicações

DNA fingerprint Aplicações

A técnica permite partir de material biológico deixado no local (cabelo, sangue,esperma,...) e compará-lo com o dos suspeitos; permite a identificação de cadáveres.

A comparação das impressões digitais genéticas dos progenitores e do descendente permite excluir a paternidade ou confirmá-la com um elevado grau de certeza.

Determinação da paternidade

Investigação criminal, forense e histórica.


Aplicações:

• Investigação fundamental

• Ambiente.

Torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.

• Obtenção de organismos geneticamente modificados - - OGM

Os OGM são utilizados:

• Agricultura e indústria agroalimentar.

• Saúde e indústria farmacêutica.

• Produção de substâncias com aplicação industrial.


Investigação fundamental

A automatização das técnicas permitiu a criação de base de dados contendo milhares de sequências de genes - microchips de DNA.

• Pesquisar informação sobre a estrutura e função de um gene e também estabelecer possíveis relações evolutivas entre os diferentes organismos.

É possível estudar a sequência de DNA de muitos organismos quer eucariontes quer procariontes.

microchips de DNA - amostras de DNA colocadas em certas disposições ligadas a um “chip”de vidro.

Todos os cDNA do genoma inteiro podem serdispostos em chips.

• Detectar antecipadamente doenças genéticas.

Os microchips permitem:


Agricultura e indústria agroalimentar.

Milho resistente às pragas

Outros ex:

• Arroz com maior valor nutritivo.• Batatas com mais amido.• Plantas resistentes às geadas e às secas...


Saúde e indústria farmacêutica.

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Produção de moléculas com Interesse farmacológico.

Terapia génica

Substituição de genes que provocam doenças hereditárias num indivíduo adulto.Foi já utilizada em crianças com menos de um ano.


Produção de substâncias com aplicação industrial

Ambiente

O corante indigo dos jeans é produzido por estirpes de E. Coli geneticamente modificadas

É possivel inserir genes em bactérias que passam a ser capazes de limpar produtos tóxicos.

Engenharia Genética

Problemas Bioéticos

Engenharia Genética e os Problemas Bioéticos

• Redução da biodiversidade

A engenharia genética levanta problemas bioéticos, nomeadamente:

Aspectos ambientais

• Disseminação incontrolada de genes

• Alterações definitivos de genomas de certas espécies

Aspectos humanos

• Alteração do genoma humano

• Hipotética manipulação do indivíduo e da família

• Quebra de privacidade

• Eugenia

• Discriminação com base em dados genéticos

Engenharia Genética e os Problemas Bioéticos

“A genética que entrou timidamente neste século como uma pura tentativa de explicação da hereditariedade natural, sai dele como umaciência de reconstrução artificial dos seres vivos. Entrou como uma área do interesse estritamente científico e sai agora como uma ciência que agita toda a sociedade.

A nova genética constitui um forte desafio à humanidade no dealbar do novo milénio.”

Luís Archer

É necessário um grande debate publico, a fim de que cada cidadão ganhe consciência das enormes potencialidades e dos perigos desta ciência do futuro.

Adoptar uma posição informada e sem preconceitos permite escolher e decidir, sem fantasmas nem tabus, o futuro que queremos deixar às novas gerações.

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