Fundamentos da engenharia genética

Manipulação do DNA

Uma das descobertas mais importantes foram as enzimas de restrição capazes de cortar o DNA em locais específicos pois reconhecem pequenas sequencias de nucleótidos.

A engenharia genética baseia-se num conjunto de técnicas e ferramentas que permitem:

A intervenção no genoma de um organismo construindo novos genomas por recombinação do segmento genómico de um mesmo ou de diferentes cromossomas;

A modificação do DNA de um organismo para produzir genes com novas características.

Isolar e transferir genes, responsáveis pela produção de substancia, para outros seres vivos que não as produzam, de modo a serem funcionais nestes organismos;

Aplicações:

Estudo de mecanismos de replicação e expressão génica; Testes de paternidade; (…)

Técnicas de manipulação

DNA recombinante

Bacteriófagos – vírus que atacam bactérias introduzindo no seu interior DNA viral;

Como funcionam as enzimas de restrição ( endonuclease) ?

Cortam o DNA viral assim que este penetra no citoplasma, impedindo deste forma o ataque viral.

Têm a capacidade de reconhecer sequencia nucleótidos específicos do DNA, ligam-se a essa zonas e clivam-nas.

Vetor

Transportador de genes de um DNA para outro de uma célula hospedeira. Há diversos tipos de vetores mas, são os plasmídeos das bactérias os mais utilizados.

É um fragmento do DNA que é utilizado para transportar o segmento de DNA com interesse.

Plasmídeos

- Não são essenciais á sobrevivência da bactéria, podendo ser retirados( os genes).

- Podem replicar-se independentemente da molécula de DNA principal.

Técnica do DNA complementar

Dna finger-print

Em que consiste?

- Cada Dna é único. Podemos tirar a “impressão digital genética” através de:

Gotas de Sangue; Saliva; Cabelos;

Submetido á ação de enzimas de restrição, o DNA fragmenta-se em porções de diferentes tamanhos e pesos moleculares;

Eletroforense

Processo:

Aplicações:

Investigação criminal; Ciencia forese; Determinação de parentesco; Outras peritagens …

Material: DNA mitocondrial

Reação de polimerização em cadeia

- Técnica de clonagem de DNA de modo a obter grandes quantidades a partir de amostras pequenas;

Qual a dificuldade desta técnica?

- Conciliar o facto de decorrer a elevadas temperaturas ( 95ºC) coma fragilidade da enzima DNA polimerase.

Devido a isso , recorreu-se a microrganismos, utilizando a DNA polimerase, extraída de bactérias que vivem em meios muitos quentes.

- A polimerização em cadeia (PCR) faz-se de forma rápida( replicações sucessivas de determinadas porções de DNA).

-Permite a obtenção a partir de uma quantidade muito pequena, de grandes quantidades de DNA em pouco tempo;

- Esse DNA pode ser posteriormente utilizado em técnicas de recombinações de DNA.

-O PCR é utilizado na clonagem de genes, estudos de medicina forense, estudos de evolução humana, diagnostico de doenças hereditárias e infeções.

Aplicações da engenharia genética

Terapia génica somática- substituição de genes que promovem doenças hereditárias num indivíduo adulto.

Terapia génica germinal – Substituição de genes que promovem doenças hereditárias num embrião.

A engenharia genética tem permitido desenvolver organismos geneticamente modificados (OGM) ou transgénicos, através da manipulação do DNA.

Vantagens / Desvantagens do OGM

Vantagens:

Maior Eficiência alimentar; Maior variedade Maior resistência; Maior tolerância ao stress; Maior produtividade; Proteção do ambiente. Produção de substancias úteis; Desenvolvimento sustentável;

Desvantagens:

Impacto da saúde Impacto ambiental. Perda de biodiversidade; Podem ser converter em pragas; Acesso a propriedade intelectual; (Bio predadores)? Violação de organismos Alteração da Natureza;

Imunidade e controlo de doenças

Agentes patogénicos

-Bactérias/vírus/ fungo/ protozoários e alguns vermes.

Transmitem doenças infeciosas, por isso são chamados Agentes infeciosos ou patogénicos.

Vírus:

Não são considerados seres vivos; -Não têm estrutura celular; Património genético ( DNA ou RNA) Não tem metabolismo próprio; São parasitas obrigatórios, pois só se reproduze usando o material da célula

hospedeira;

Estrutura de um vírus bacteriófago

Material genético (acido nucleico- DNA ou RNA)

Invólucro Protetor (Capside- capsula proteica)

Alguns possuem enzimas e são rodeados por um involucro externo, semelhante a uma membrana de natureza lipídica.

Tipos de vírus:

DNA-vírus – têm DNA no genoma;

RNA- vírus- Têm RNA no genoma;

Retrovírus

Tipo especial de RNA-vírus que para se replicar, transcreve DNA utilizando a enzima transcriptase reversa;

Este DNA viral incorpora-se no DNA celular que permite a síntese das proteínas virais;

Bactérias

- Células procarióticas

-DNA molécula principal (nucleótido) + pequenos anéis de DNA – plasmídeos;

-Não possuem organelos membranares;

O sistema imunitário

Constituído por um conjunto de células, tecidos e órgãos;

Reconhece os elementos próprios e estranhos do organismo

Resposta imunitária

- Conjunto de processos que permite ao organismo reconhecer a presença de substâncias estranhas e eliminá-las.

-Desenvolve ações que protegem o organismo de potenciais agentes agressores biológicos- agentes patogénicos (microrganismos) ou químicos (toxinas).

- é também responsável pela vigilância e destruição das células envelhecidas e anormais ( cancerosas) do próprio organismo.

Do Sistema Imunitário fazem parte:

Tecidos e órgãos linfáticos; Vasos linfáticos Células efetoras (plasmócitos, macrófagos, e diferentes leucócitos)

Órgãos linfoides

Primários – Locais de formação de células imunitárias onde os linfócitos se diferenciam e atingem a maturidade. (Timo, medula óssea vermelha …)

Secundários – Locais de circulação e armazenamento das células imunitárias. Locais onde se desenvolve a resposta imunitária (Amígdalas, gânglios linfáticos , apêndice baço).

A medula vermelha:

- Encontra-se essencialmente no tecido ósseo esponjoso que se localiza no interior dos ossos como os da bacia, do externo etc…

Os leucócitos

Leucócitos:

Apresentam na superfície da membrana, glicoproteínas que por serem únicas em cada individuo funcionam como um sistema de identificação para o sistema imunitário. São os marcadores celulares

São células circulantes no sangue, na linfa intersticial e na linfa circulante.

Marcadores celulares

As glicoproteínas da superfície membranar que permitem identificar uma célula como pertencente ou não a um determinado organismo, tomam a designação de marcadores celulares. Estes marcadores são codificados por um conjunto de genes ligados que se encontram no cromossoma 6 e constituem o complexo de Histocampatibilidade (MHC).

Neutrófilos

- Constituem a 1º linha de defesa celular contra a invasão de microorganismos.

-Realizam a fagocitose e são os 1’s a chegar aos tecidos infetados atraídos por quimiotaxia.

-Têm um núcleo polilobado.

Basófilos

-Núcleo volumoso de forma irregular;

-Quando ativados libertam substâncias como a histamina produzindo uma resposta imunitária

-Envolvidos em reações alérgicas;

-Podem realizar fagocitose, mas de forma muito lenta.

Acidófilos ou eosinófilos

-Núcleo bilobado

-Realizam a fagocitose de forma mais lenta que os neutrófilos, mas são, geralmente, mais seletivos. A sua ação dirige-se especialmente contra parasitas, libertam enzimas que os destroem.

Monócitos

Circulam no sangue durante poucas horas e depois migram para os tecidos, aumentam de tamanho e transformam-se em macrófagos.

Macrófagos

Têm um papel importante na apresentação de antigénios aos linfócitos;

Linfócitos

-Os linfócitos B quando ativados diferenciam-se em plasmócitos que produzem anticorpos em células de memoria;

-Os linfócitos T contribuem para a ativação dos linfócitos B e destroem células infetadas por vírus e células cancerosas;

-As células NK (natural killer) têm funções particulares, nomeadamente a atividade contra células tumorais e células infetadas por certos tipos de vírus.

Propriedades dos leucócitos

Diapedese Fagocitose Quimiotaxia

Diapedese – Migração dos leucócitos dos capilares para os tecidos envolventes. Passagem através dos poros dos vasos sanguíneos;

Fagocitose:

1- Adesão – interação da membrana com o corpo estranho;2- Ingestão – Formação de vesiculas fagocíticas;3- Digestão – Fusão do fagossoma com um lisossoma que contem enzimas digestivas;4- Exocitose – Expulsão dos resíduos;

Quimiotaxia:

- Atração química entre os leucócitos e as células lesionadas;

- Os leucócitos detetam alterações na concentração dessas sustância e dirigem- e para as regiões de maior concentração.

Defesa do organismo

Defesa não especifica

Barreiras físicas

Pele:

Impede a entrada de agentes estranhos ao organismo; Glândulas sudoríparas, sebáceas e lacrimais;

Mucosas:

- Recobrem o tubo digestivo, as vias respiratórias e as vias urogenitais e constituem também uma barreira física para a entrada de agentes patogénicos;

Mais barreiras físicas:

Pelos das narinas;

Cílios voláteis; Lisozima

(lagrimas e saliva)

Ácido clorídrico (estomago)

Muco

Destroem e expulsam os microorganismos do organismo.

Reação inflamatória sistémica

-Aumento do número de leucócitos em circulação:

-Febre:

Desencadeada por toxinas produzidas pelos agentes patogénico ou por pirógenos produzidos pelos leucócitos;

A febre moderada acelera as reações do organismo:

Estimula a fagocitose e separação dos tecidos lesados; Inibe ainda a multiplicação dos microorganismos;

Interferões

-São proteínas produzidas por células atacadas por vírus, que se difundem para células vizinhas , induzindo-as a produzir proteínas antivirais;

-Estas proteínas bloqueiam a replicação do vírus limitando o seu alastramento;

Sistema complemento

-Corresponde a um conjunto de cerca de 20 proteínas, produzidas no fígado e que circulam no plasma, na sua forma ativa.

-O sistema complemento pode ser ativado por alguns agentes patogénicos ou pela ligação de um anticorpo a um antigénio.

-A ativação da 1º proteína do sistema desencadeia uma reação em cadeia em que cada proteína ativa outra numa sequencia predeterminada.

Lise celular

-Certas proteínas (perforinas) ligam-se á membrana da bactéria e provocam poros, que permitem o esvaziar da célula ou entrada de água;

Defesa específica do Sistema Imunitário

Demora alguns dias a estabelecer-se; Grande especificidade- só ativa um tipo de células; Memória imunológica- resposta rápida, eficaz e duradoura quando o antigénio

aparece outra vez no organismo; Regulação da resposta ( o processo termina gradualmente);

Antigénios

-Substancias que desencadeiam uma resposta específica;

-Unem-se a anticorpos específicos;

- Podem ser: Antigénios próprios do organismo e antigénios estranhos;

Estes últimos podem ser moléculas superficiais de bactérias, vírus ou outros microorganismos, toxinas produzidas por bactérias ou mesmo moléculas presentes no pólen, pelo de animais e células de outras pessoas;

-Um antigénio possui várias regiões capazes de serem reconhecidas pelas células do sistema imunitário. Cada uma dessas regiões é um determinado antigénico ou epítopo;

Funções importantes da resposta do sistema imunitário:

-Reconhecimento do invasor como agente estranho:

-Reação do Sistema Imunitário, preparando agentes específicos que vão intervir no processo;

-Ação: os agentes do Sistema Imunitário ou destroem as células (corpos estranhos) ou os neutralizam.

Uma importante característica do SI é a capacidade de memória;

Imunidade humoral

Expansão clonal

(Células de memória- longa duração; Anticorpos- curta duração de vida)

Estrutura dos anticorpos

Pertencem a um grupo de proteínas globulares designadas imunoglobulinas (Ig);

Têm a forma de “Y”( Quatro cadeias polipeptídicas: 2 pesadas e 2 leves);

Possuem uma região constante, semelhante em todas as imunoglobulinas e uma região variável.

Ativação do sistema complemento – o complexo anticorpo-antigénio ativa uma das proteínas do sistema complemento e desencadeia a reação em cascata que ativa todo o sistema;

Classes de imunoglobulinas

Tipos de Sangue e transfusões sanguíneas

Imunidade mediada por células ou Imunidade celular

Pode ser:

Mediada por linfócitos T- só reconhecem antigénio apresentados na superfície das células apresentadoras que podem ser macrófagos que fagocitaram agentes patogénicos, linfócitos B, células infetadas por cvirus, células cancerosas ou células de outros organismos;

Linfócitos Th- Possuem uma função essencialmente reguladora/estimuladora;

Linfócitos Tc- ( citotóxicos/citolíticos) – são capazes de reconhecer e destruir células infetadas e cancerosas;

Linfócitos Ts –(supressores) – segregam substancias que moderam ou suprimem a resposta imunitária quando a infeção já foi superada;

Linfócitos Tm ( memoria) – desencadeiam uma resposta imunitária mais rápida e rigorosa num 2º contacto com o mesmo antigénio;

Uma das principais funções da imunidade mediada por células é reconhecer e destruir células cancerosas.

- Os linfócitos T ativados pelo antigénio estranho produzem e libertam substâncias químicas que provocam a morte de células cancerosas por diferentes mecanismos, Ex: apoptose

Transplantes e excertos

- A imunidade células é também responsável pela rejeição de tecidos (excertos) ou órgãos (transplantes).

A resposta imunitária secundária é mais eficiente porque:

É mais rápida; É mais intensa; Tem maior duração

Isto tudo deve-se á memória imunitária;

-As células memoria tem a capacidade de produzir mais células efetoras (plasmócitos) e

mais células memória se forem

estimuladas pelo mesmo antigénio;

-A memória imunitária é específica em relação a um determinado antigénio.

- A memória imunitária é específica em relação a um determinado antigénio;

Imunidade Passiva/Ativa

Passiva – temporária;

Ativa- Contínua

Ambas são imunidade adquirida!

Imunidade Passiva

- É obtida pela administração de anticorpos para combater agentes patogénicos;

-Confere um imediato, mas temporário estado de imunidade;

- (Não é produzida pelo indivíduo;)

Ativa

-Estimula a produção de anticorpos;

-Ocorre através da vacinação- -A vacina desencadeia no organismo uma resposta imunitária e formam-se células memoria.

( é administrado o antigénio em quantidades mínimas para o corpo criar defesas que fiquem gravadas nas células memória do corpo para que quando vier a doença o corpo responda o mais rapidamente possível).