Cap. 29 Biotecnologia: ciência que atualmente caminha a passos largos
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- Mario Braga Moreira
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1 Cap. 29 Biotecnologia: ciência que atualmente caminha a passos largos Sistema de Ensino CNEC Equipe de Biologia O que é biotecnologia? É um conjunto de técnicas que têm permitido ao ser humano utilizar organismos e seus genes para obter produtos de interesse. Atualmente, a Biotecnologia recebeu um forte estímulo com o grande desenvolvimento da Biologia Molecular, abrindo uma nova área a Engenharia Genética (tecnologia do DNA recombinante). 1
2 As bactérias como ferramenta-chave para a Engenharia Genética No interior das bactérias, além de seu DNA principal, encontramos os plasmídeos moléculas menores de DNA circular que carregam genes de resistência a antibióticos. Encontramos, ainda, as enzimas de restrição, capazes de cortar a molécula de DNA em regiões específicas, e que são importantes para as bactérias por funcionarem como um mecanismo de defesa contra os bacteriófagos Ação da enzima de restrição Eco RI. Ação de outras enzimas de restrição. 2
3 DNA recombinante: marco do início da Engenharia Genética Aproveitando-se da propriedade das enzimas de restrição, os cientistas as têm utilizado para cortar moléculas de DNA de vários organismos e isolar genes que, posteriormente, podem ser introduzidos no genoma de outros seres vivos. Esquema simplificado da formação de DNA recombinante e sua clonagem em bactérias. 3
4 Atualmente, a insulina sintética humana vem sendo produzida através dessa técnica em laboratórios. Além desse hormônio, o hormônio do crescimento, fatores de coagulação e diversas outras substâncias já estão sendo produzidas através de técnicas de DNA recombinante. Transgênicos: modificando o genoma das espécies Os transgênicos ou organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles que recebem, incorporam e manifestam genes de outras espécies. São obtidos de forma semelhante ao DNA recombinante. Essa técnica permite formar variedades de plantas resistentes ao ataque das pragas ou aos fatores climáticos, promover a produção de substâncias de grande importância econômica ou médica e aumentar a produtividade dos vegetais e animais. 4
5 Vantagens da utilização de organismos transgênicos: Não poluem o ambiente Apresentam toxicidade seletiva Limitam a necessidade de áreas de cultivo Permitem produção de alimentos com maior valor nutritivo Possíveis riscos da utilização dos transgênicos: Eliminação de agentes polinizadores e consequente redução da biodiversidade Ocorrência de reações alérgicas, intoxicações, surgimento de tumores Eliminação dos pequenos produtores do mercado Alguns exemplos de transgênicos: O camundongo da direita é normal, enquanto o da esquerda é transgênico, expressando um gene que produz altas taxas de hormônio de crescimento. Planta do tabaco contendo o gene responsável pela bioluminescência do vaga-lume 5
6 Algodão de planta transgênica resistente ao ataque de insetos: o gene introduzido pertence a uma bactéria que produz uma substância tóxica para alguns insetos. Plantas contendo o gene de uma bactéria resistente a herbicidas (parte superior da foto) e plantas normais (parte inferior) Terapia gênica: tratamentos através da introdução de genes normais Genes normais são introduzidos no local dos genes defeituosos. Esses genes passam a ser expressos e condicionam, então, o fenótipo normal no indivíduo. As duas principais técnicas de introdução de genes em humanos são: Técnica ex vivo: consiste em utilizar um vetor, como um vírus modificado, que contenha o alelo normal. Técnica in vivo: consiste na clonagem do alelo normal e de seu preparo para introdução no paciente através de injeções. 6
7 Introdução de genes normais em células de medula óssea vermelha. DNA fingerprint: a impressão digital do DNA A identidade individual estabelecida pelo estudo do DNA é tão segura quanto a identidade determinada por meio das impressões digitais, que são exclusivas de cada indivíduo. O DNA fingerprint é útil na identificação de pessoas (biologia forense e determinação de paternidade). 7
8 Cada indivíduo tem uma sequência específica de nucleotídeos, que pode ser visualizada como um código de barras. Observe as figuras a seguir, que mostram as aplicações práticas do DNA fingerprint na identificação de pessoas: Compare o código de barras de uma vítima com o obtido a partir do sangue encontrado nas roupas de um suspeito pelo assassinato. Veja que o código de barras coincide, indicando que o sangue presente na roupa do suspeito pelo crime é o da vítima. O código de barras do suspeito é muito diferente do obtido a partir de amostras do sangue encontrado em sua roupa. Isso prova, no mínimo, que o suspeito entrou em contato com a pessoa assassinada no momento de sua morte. 8
9 Em um caso de estupro foi feito o DNA fingerprint da vítima, do sêmen encontrado na vagina e de três suspeitos. Veja que o código de barras do suspeito número 1 coincide com o obtido a partir do sêmen, confirmando que ele foi o responsável pelo estupro. Teste de paternidade. Compare os códigos de barras da mãe (M) e do bebê (B) com o código de barras dos dois prováveis pais (P1 e P2). O bebê deve ter 50% do padrão de barras da mãe e 50% do padrão de barras do pai, que, no caso, é o homem número 2. 9
10 Análise de DNA extraído de projéteis de arma de fogo: uma tentativa de golpe em seguradora José Arnaldo Soares-Vieira, Edna S. M. Iwamura, Ana Elisa C. Billerbeck, Laís de Almeida Cardoso, Daniel R. Muñoz Depto. de Medicina Legal, Ética Médica e Medicina Social e do Trabalho- FMUSP-LIM 40 Familiares de um homem branco (HB), adulto jovem, notificaram a polícia de São Paulo sobre seu desaparecimento. Após algumas semanas, foi encontrado um cadáver em estado de putrefação, com características semelhantes às do desaparecido, que foi reconhecido pelos familiares como sendo o cadáver de HB. O exame necroscópico revelou que a causa da morte foi traumatismo crânio encefálico e torácico, causado por projéteis de arma de fogo. Os familiares reclamaram, então, o prêmio do seguro de vida que HB havia feito um pouco antes de desaparecer. O fato levantou suspeitas quanto à identificação do corpo, que havia sido feita apenas por reconhecimento direto. Fomos então procurados pela seguradora com a finalidade de realizarmos a exumação e identificação do corpo, o que não foi possível, pois o cadáver havia sido cremado. Pelos métodos médico-legais clássicos, a identificação do cadáver seria impossível. Procurou-se, então, levantar outros elementos que pudessem, eventualmente, ser utilizados para esse propósito. A solução encontrada foi a análise de material biológico (crostas de sangue) contido em dois projéteis de arma de fogo (Figura 1), retirados do corpo durante a necrópsia, nos quais foi possível o estudo do DNA pela técnica da PCR (reação de polimerização em cadeia). 10
11 Figura 1 Dois projéteis de arma de fogo contendo material biológico (crostas de sangue). Os dados obtidos do estudo dos 9 loci estão abaixo. Tabela 1: Genótipos identificados nas quatro amostras de DNA. Locus SP SM P1 P2 RESULTADOS HLA-DQA1 1.3, 4 1.1, 4 1.3, 4 1.3, 4 Não exclusão D1S80 18, 27 18, 28 24, 29 24, 29 Exclusão de pai e mãe HUMCSF1PO 10, 12 11, 14 7, 11 7, 11 Exclusão de pai HUMTPOX 8, 9 9, 9 8, 11 8, 11 Exclusão de mãe Amelogenina XY XX XY XY HUMTH01 9, 10 8, 8 7, 9 7, 9 Exclusão de mãe D3S , 19 17, 20 18, 21 18, 21 Exclusão de pai e mãe D18S849 16, 18 16, 17 15, 16 15, 16 Exclusão de pai ou mãe D12S , 27 13, 27 19, 21 19, 21 Exclusão de mãe SP: suposto pai; SM: suposta mãe; P1: projétil 1; P2: projétil 2 11
12 Como pôde ser observado, os genótipos encontrados a partir do DNA extraído das crostas de sangue presentes no projétil 1 são idênticos aos encontrados no projétil 2, indicando que não houve contaminação durante o processo de necrópsia. Está evidente também na Tabela 1 que o material biológico extraído dos projéteis não pode ser originário de um filho biológico do casal testado. Os resultados encontrados em todos os marcadores utilizados foram comparados com os dos pais biológicos de HB, revelando uma incompatibilidade genética. Um dos marcadores utilizados foi o locus D1S80 (Figuras 2 e 3). A análise da Figura 2 demonstra que os fragmentos de DNA amplificados a partir do material extraído dos projéteis não estavam presentes nos pais biológicos de HB. 12
13 Figura 2 Eletroforese em gel de poliacrilamida (GeneAmp Detection Gel Perkin Elmer) corado com nitrato de prata, de produto amplificado por PCR do locus D1S80 a partir de DNA genômico extraído das crostas de sangue contidas nos dois projéteis (1 e 4 marcadores de peso molecular; 2 projétil 1; 3 projétil 2; 5 controle positivo). Esses resultados foram posteriormente confirmados quando HB foi encontrado vivo numa cidade próxima a São Paulo, demonstrando tratar-se de um caso de fraude contra a seguradora. Fonte: J Forensic Sci 45(5): ,
14 A clonagem ampliando as possibilidades de cura Clonagem de animais Clonagem tradicional Embriões em início de desenvolvimento são estimulados a se dividir, originando indivíduos geneticamente idênticos. Clonagem por transferência nuclear A partir de células somáticas. Os espermatozoides não são necessários. Clonagem terapêutica Produção de células e tecidos utilizados no tratamento de doenças genéticas ou degenerativas. Utilização das células-tronco. Cabras obtidas a partir de clonagem tradicional 14
15 Clonagem por transferência nuclear. O esquema mostra o primeiro mamífero clonado, a ovelha Dolly. Projetos Genoma e Proteoma Humanos: conhecendo a espécie humana a fundo Projeto Genoma Humano (PGH) Mapeamento e sequenciamento dos 30 mil genes humanos. Simplificação e a melhoria dos métodos de diagnóstico de doenças genéticas. Tratamento e prevenção alternativos. Projeto Proteoma Estudo da forma e da função de cada uma das proteínas produzidas nas células humanas, resultado da expressão dos genes. 15
16 Quase criando vidas de maio de 2010: criação do 1º ser vivo artificial O genoma da bactéria Mycoplasma mycoides foi sequenciado e redesenhado em computador. Com base nessas informações, os cientistas construíram um novo DNA utilizando apenas seus componentes químicos básicos, sem a utilização de uma molécula de DNA preexistente. 16
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