Bio. Monitor: Júlio Junior

Transcrição

1 Professor: Rubens Oda Monitor: Júlio Junior

2 Engenharia genética e biotecnologia 06 out RESUMO Engenharia Genética A engenharia genética constituída por técnicas de manipulação e recombinação dos genes, através de um conjunto de conhecimentos científicos, que podem reformular, reconstituir, reproduzir e até criar seres vivos. Elas são norteadas por endonucleases ou enzimas de restrição, que irão cortar o DNA em fragmentos específicos. Clonagem É a produção e indivíduos geneticamente idênticos. Ela pode acontecer de maneira natural (divisão binária de bactérias) ou com a ação humana, que neste caso consiste em colocar o núcleo de um ser vivo em um óvulo anucleado de um outro ser vivo. Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) É uma técnica que fragmenta a molécula de DNA com o uso da temperatura. Este fragmento é então ligado pelo primer quando a temperatura abaixa para em torno de 60ºC e a 72ºC a enzima TAQ Polimerase duplica o DNA novamente. Após várias ciclos, o DNA estará pronto para ser analisado.

3 Testes de DNA (DNA Fingerprint) É uma técnica que verificará a paternidade separando a molécula de DNA através da centrifugação. Este DNA será submetido as enzimas de restrição, cortando o DNA em segmentos específicos. Estes DNA fragmentados do filho, da mãe e do possível pai irão ser colocados em eletroforese. Na eletroforese há uma corrente elétrica em um gel onde os fragmentos do DNA irão se deslocar com os fragmen tos maiores estando na parte mais em cima e os menores abaixo. Assim, os fragmentos que o filho tem e a mãe não tem, terão que ser do suposto pai.

4 Transgenia É o processo de alteração do material genético de uma espécie pela introdução de uma ou mais sequências de genes provenientes de outra espécie, mediante o emprego de técnicas de engenharia genética. Ela ocorre separando o DNA do ser vivo de interesse através de centrifugação e pela utilização de enzimas de restrição que cortarão o gene de interesse presente naquela célula. A célula que receberá o gene de interesse também será cortado por enzimas de restrição para que o DNA novo junto com a ação da enzima DNA ligase seja inserido na célula hospedeira.

5 EXERCÍCIOS DE AULA 1. Em um laboratório de genética experimental, observou-se que determinada bactéria continha um gene que conferia resistência a pragas específicas de plantas. Em vista disso, os pesquisadores procederam de acordo com a figura. Do ponto de vista biotecnológico, como a planta representada na figura é classificada? a) Clone b) Híbrida c) Mutante. d) Adaptada e) Transgênica. 2. Uma das preocupações dos ambientalistas com as plantas transgênicas é a possibilidade de que os grãos de pólen dessas plantas venham a fertilizar plantas normais e, com isso, "contaminá-las". Em maio de 2007, pesquisadores da Universidade de Nebraska, EUA, anunciaram um novo tipo de planta geneticamente modificada, resistente a um herbicida chamado Dicamba. Um dos méritos do trabalho foi ter conseguido inserir o gene da resistência no cloroplasto das plantas modificadas. Essa nova forma de obtenção de plantas transgênicas poderia tranquilizar os ambientalistas quanto a possibilidade de os grãos de pólen dessas plantas virem a fertilizar plantas normais? Justifique

6 3. O milho transgênico é produzido a partir da manipulação do milho original, com a transferência, para este, de um gene de interesse retirado de outro organismo de espécie diferente. A característica de interesse será manifestada em decorrência a) do incremento do DNA a partir da duplicação do gene transferido. b) da transcrição do RNA transportador a partir do gene transferido. c) da expressão de proteínas sintetizadas a partir do DNA não hibridizado. d) da síntese de carboidratos a partir da ativação do DNA do milho original. e) da tradução do RNA mensageiro sintetizado a partir do DNA recombinante. 4. A Engenharia Genética consiste numa técnica de manipular genes, que permite, entre outras coisas, a fabricação de produtos farmacêuticos em bactérias transformadas pela tecnologia do DNA recombinante. Assim, já é possível introduzir em bactérias o gene humano que codifica insulina, as quais passam a fabricar sistematicamente essa substância. Isto só é possível porque: a) o cromossomo bacteriano é totalmente substituído pelo DNA recombinante; b) as bactérias são seres eucariontes; c) os ribossomos bacterianos podem incorporar o gene humano que codifica insulina, passando-o para as futuras linhagens; d) as bactérias possuem pequenas moléculas de DNA circulares (plasmídeos), nas quais podem ser incorporados genes estranhos a elas, experimentalmente; e) as bactérias são seres muito simples, constituídos por um único tipo de ácido nucléico (DNA). 5. Em vez de sequenciar as bases nitrogenadas de todos os cromossomos de uma planta com um genoma muito grande, pesquisadores selecionaram partes desse genoma para sequenciar. Somente as sequencias de DNA que correspondem ao conjunto dos RNA mensageiros transcritos no fruto serão estudadas. O DNA a ser sequenciado foi sintetizado em laboratório, tendo como molde as moléculas de RNA extraídas dos frutos. a) Se os cientistas fossem sequenciar todo o genoma dessa planta, haveria diferença se o material genético viesse do fruto ou da folha da planta? Justifique. b) No estudo das sequências que tiveram como molde RNA mensageiro, faria diferença se esse RNA mensageiro fosse extraído das folhas ou dos frutos? Justifique. EXERCÍCIOS DE CASA 1. Há milhares de anos o homem faz uso da biotecnologia para a produção de alimentos como pães, cervejas e vinhos. Na fabricação de pães, por exemplo, são usados fungos unicelulares, chamados de leveduras, que são comercializados como fermento biológico. Eles são usados para promover o crescimento da massa, deixando-a leve e macia. O crescimento da massa do pão pelo processo citado é resultante da a) liberação de gás carbônico b) formação de ácido lático. c) formação de água. d) produção de ATP. e) liberação de calor

7 2. A estratégia de obtenção de plantas transgênicas pela inserção de transgenes em cloroplastos, em substituição à metodologia clássica de inserção do transgene no núcleo da célula hospedeira, resultou no aumento quantitativo da produção de proteínas recombinantes com diversas finalidades biotecnológicas. O mesmo tipo de estratégia poderia ser utilizada para produzir proteínas recombinantes em células de organismos eucarióticos não fotossintetizantes, como as leveduras, que são usadas para produção comercial de várias proteínas recombinantes e que podem ser cultivadas em grandes fermentadores. Considerando a estratégia metodológica descrita, qual organela celular poderia ser utilizada para inserção de transgenes em leveduras? a) Lisossomo. b) Mitocôndria. c) Peroxissomo. d) Complexo golgiense. e) Retículo endoplasmático. 3. Um novo método para produzir insulina artificial que utiliza tecnologia de DNA recombinante foi desenvolvido por pesquisadores do Departamento de Biologia Celular da Universidade de Brasília (UnB) em parceria com a iniciativa privada. Os pesquisadores modificaram geneticamente a bactéria Escherichia coli para torná-la capaz de sintetizar o hormônio. O processo permitiu fabricar insulina em maior quantidade e em apenas 30 dias, um terço do tempo necessário para obtê-la pelo método tradicional, que consiste na extração do hormônio a partir do pâncreas de animais abatidos. Ciência Hoje, 24 abr Disponível em: (adaptado). A produção de insulina pela técnica do DNA recombinante tem, como consequência, a) o aperfeiçoamento do processo de extração de insulina a partir do pâncreas suíno. b) a seleção de microrganismos resistentes a antibióticos. c) o progresso na técnica da síntese química de hormônios. d) impacto favorável na saúde de indivíduos diabéticos. e) a criação de animais transgênicos. 4. Atualmente deixou de ser novidade a criação de plantas transgênicas, capazes de produzir hemoglobina. Para que isso seja possível, essas plantas recebem: a) o fragmento de DNA, cuja sequência de nucleotídeos determina a sequência de aminoácidos da hemoglobina; b) o RNAm que carrega os aminoácidos usados na síntese de hemoglobina; c) somente os aminoácidos usados nessa proteína; d) os anticódons que determinam a sequência de aminoácidos nessa proteína; e) os ribossomos utilizados na produção dessa proteína. 5. Os avanços de Engenharia Genética permitem que um ser vivo forneça genes a outro de espécie diferente, semalterar as principais características que os diferenciam. O seu que recebe o gene é denominado: a) clone b) parasitado c) mutante d) transgênico e) mutagênico

8 6. Doenças graves como o botulismo, a lepra, a meningite, o tétano e a febre maculosa são causadas por bactérias. As bactérias, no entanto, podem ser uteis em tecnologias que empregam a manipulação de a) Explique como a bactéria pode ser utilizada para a produção de medicamentos. b) O botulismo e o tétano decorrem da ação de toxinas produzidas por bactérias que são adquiridas de diferentes formas pelos seres humanos. Como pode ocorrer a contaminação por essas bactérias? 7. A ovelha Dolly, primeiro clone animal oficialmente declarado, após adulta foi acasalada com um macho Esse filhote: a) é geneticamente idêntico à sua mão, a ovelha Dolly. b) é geneticamente igual à sua avó, mãe da ovelha Dolly. c) não tem nenhum parentesco genético de seu pai. d) tem todo seu patrimônio genético herdado de seu pai. e) tem parte do material genético de seu pai e parte de sua mãe. 8. Dois cientistas americanos e um japonês ganharam o Nobel de Química em 2008, por suas pesquisas com a proteína fluorescente GFP (Proteína Verde Fluorescente), presente em uma espécie de águaviva. Os genes dessa proteína já foram expressos inclusive em camundongos, que ficaram verdes e fluorescentes. Considerando esse fato, é correto afirmar que esses camundongos: a) são clones. b) apresentam RNA recombinante. c) tiveram seus cromossomos retirados e substituídos pelos genes para proteína GFP. d) são transgênicos. e) ficaram verdes porque foram injetados com a proteína GFP. 9. Em 1981, pela primeira vez cientistas conseguiram transferir genes de um animal a outro. Fragmentos de DNA de coelho contendo genes de hemoglobina foram transferidos para células-ovo de camundongos. Isso teve como consequência o aparecimento da proteína hemoglobina do coelho nas hemácias dos camundongos. Os descendentes desses camundongos (F1) também apresentaram hemoglobina do coelho em suas hemácias. Com relação a esse conhecimento, considere as seguintes afirmativas: 1. O fenômeno descrito no enunciado é o da criação de organismos transgênicos. 2. O gene da hemoglobina foi incorporado somente nas hemácias dos camundongos, mas não nos demais tipos celulares. 3. Tanto camundongos machos quanto fêmeas podem ter transmitido os genes da hemoglobina aos seus descendentes. 4. Para que a hemoglobina de coelho seja expressa em F1, é necessário cruzar dois indivíduos parentais portadores do gene. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 4 é verdadeira. b) Somente as afirmativas 1, 2 e 4 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 3 e 4 são verdadeiras.

9 10. trazem consigo alguns dilemas éticos: é e alternativa mais promissora para o tratamento dessas doenças é a terapia gênica, a partir de técnicas de Engenharia Genética. A terapia gênica ainda apresenta uma série de limitações, mas a Engenharia Genética já dispõe de uma série de conceitos e técnicas que são comumente mencionados nos meios de comunicação. Dos conceitos apresentados abaixo, identifique aquele que está incompatível com sua definição. a) Enzimas de restrição ou endonucleases de restrição são proteínas produzidas nos núcleo das b) Eletroforese em gel é uma técnica que permite a separação e a visualização dos fragmentos moleculares de DNA produzidos pela ação das enzimas de restrição. c) A tecnologia do DNA recombinante permite a multiplicação de determinados fragmentos de DNA, com a intervenção de plasmídeos. d) A técnica do PCR reação em cadeia da polimerase (do inglês polymerase chain reaction) faz cópias de um trecho de DNA sem o uso de bactérias para clonar os fragmentos. e) Os exames de paternidade usam a amplificação da amostra de DNA pela técnica do PCR e da eletroforese em gel para a produção de imagens que serão analisadas e interpretadas. QUESTÃO CONTEXTO 'Engenharia genética pode fazer porcos doarem órgãos para humanos' Um método de modificação de genes pode um dia tornar órgãos de porcos adequados para uso em pessoas, de acordo com cientistas. George Church e seus colegas usaram uma técnica chamada Crispr para alterar o DNA de células de porco e torná-las compatíveis com humanos. (fonte: De acordo com o texto, é utilizada uma técnica chamada Crispr, o que você entende sobre esta técnica?

10 GABARITO Exercícios de aula 1. e 2. Sim. Os cloroplastos contendo o gene de resistência ao herbicida são transmitidos pelo citoplasma da oosfera. O pólen contém apenas os núcleos e não contribui com o citoplasma para a descendência. 3. e 4. d 5. a) Não. Todas as células do vegetal, originadas do desenvolvimento do zigoto, apresentam o mesmo genoma. b) Sim. A expressão diferencial dos genes deve produzir diferentes tipos de moléculas de RNA mensageiro. Exercícios de casa 1. a 2. b 3. d 4. a 5. d 6. a) Bactérias são microrganismos que podem produzir naturalmente antibióticos. A biotecnologia do DNA recombinante pode ainda modificar bactérias para que passem a fabricar substâncias com efeito terapêutico. b) O botulismo é uma infecção adquirida por meio da ingestão de alimentos contaminados com a bactéria Clostridium botulinum. O tétano é adquirido quando ferimentos são infectados por esporos da bactéria Clostridium tetani. 7. e 8. d 9. d 10. a Questão Contexto A CRISPR é um mecanismo de defesa antigo e natural encontrado em diversas bactérias, no qual ela identifica o DNA viral associado ao DNA delas e através das enzimas CAS, cortam do DNA viral eliminando o vírus invasor. O desafio humano está em utilizar este corte para alterar parte do DNA de animais e humano evitando doenças genéticas por exemplo.