Engenharia genética Fabrícia Kelly Cabral Moraes Kaliene da Silva Carvalho
Introdução O que é? Engenharia genética e modificação genética são termos para o processo de manipulação dos genes num organismo, geralmente fora do processo normal reprodutivo deste. Qual o objetivo? O objetivo é de introduzir novas características num ser vivo para aumentar a sua utilidade.
Histórico Até a década de 70: o DNA era difícil de ser analisado, devido sua enorme sequência de nucleotídeos. Sua monotonia química era analisada por meio da sequência de proteínas e análise genética. A partir da década de 70: novas tecnologias foram desenvolvidas (Microbiologia, Bioquímica, Imunologia e Genética Microbiana) permitindo o isolamento e a purificação de genes num processo chamado de clonagem gênica, tornando o DNA a molécula mais fácil de ser analisada. Hoje é possível isolar regiões específicas, multiplicá-las em grande quantidade e determinar a sua seqüência, numa velocidade de milhares de nucleotídeos/dia.
A molécula de DNA A molécula de DNA contém subunidades chamadas nucleotídeos Desoxirribose + Componente fosfato Purinas: adenina (A) e guanina (G) Pirimidinas: citosina (C) e timina (T) Cada sequência de 3 pares de bases Codifica um dos 20 aminoácidos A união dos aminoácidos perfaz uma proteína
Figura 1:DNA é formado por duas fitas de nucleotídeos complementares, que são ligadas por pontes de hidrogênio (a base A pareia-se com T; a base C pareia-se com G).
Transcrição
A tradução do código 1. As fitas se separam e a maquinaria celular faz cópias de partes relevantes do DNA na forma da simples fita do RNA mensageiro (mrna)
2. Nos ribossomos o mrna serve como "molde" para a produção das proteínas. Essas proteínas são traduzidas de acordo com a sequência de bases no mrna, sendo os aminoácidos adicionados a proteína um a um. Esses aminoácidos são alinhados sobre o mrna.
A tecnologia do DNA recombinante Na técnica do DNA recombinante, recorrendo a enzimas de restrição para cortar o DNA em pontos específicos e a ligases do DNA para reconstituir a molécula, uma porção de DNA, natural ou sintético, é inserida noutro DNA estranho, neste caso o DNA de um plasmideo de uma bactéria.
O processo básico da técnica do DNA recombinante consiste em: A enzima de restrição abre a molécula de DNA do plasmídeo num ponto especifico. Com enzimas de restrição do mesmo tipo abre-se outra molécula de DNA, que funciona como dadora, e isola-se o gene que se quer inserir no plasmídeo. O gene a inserir é colocado em contacto com o plasmídeo, juntamente com um outro tipo de enzimas, as ligases do DNA. O gene passa a fazer parte do plasmídeo, que possui agora, para além dos seus genes, o gene estranho que lhe foi inserido, isto é, possui um DNA recombinante. O plasmídeo recombinante em contacto com bactérias pode introduzir-se nelas. Estas bactérias funcionam como células hospedeiras, aceitam o plasmídeo e, com ele, o novo gene. A partir do DNA recombinante, o gene inserido passa a comandar a síntese da proteína desejada
Enzimas de restrição Uma enzima de restrição reconhece somente uma sequência única de bases (específica). DNAs de origem diferente sob a acção da mesma enzima de restrição produzem fragmentos com o mesmo conjunto de extremidades coesivas simples. Portanto, fragmentos de dois diferentes organismos (por exemplo, bactéria e homem) podem ser ligados por renaturação das regiões de extremidades simples.
DNA polimerase DNA polimerase é uma classe de enzimas presente tanto em células procarióticas como em eucarióticas, responsável pela polimerização das novas fitas de DNA. Essas enzimas obedecem a algumas propriedades, como: Pareamento complementar das fitas AT e GC. A polimerização deverá acontecer no sentido 5'- 3' O processo de polimerização só irá iniciar-se com a presença de um oligonucleotídeo de RNA denominado RNA primer. Há dois tipos de enzimas catalíticas de DNA polimerase: DNA polimerase I, que tem função corretora(de reparo do DNA), portanto pode ser endonucleásica ou exonucleásica. DNA polimerase II, que é uma polimerase alternativa de reparo, mas que também pode replicar DNA quando o filamento molde é danificado. DNA polimerase III, responsável por não deixar o molde antes de ter sido concluído o processo.
DNA Polimerase Iniciador Molécula de DNA 5 3 3 Região não pareada 5 Adição de todos os quatro nucleotídeos de DNA polimerase 5 3 3 5 A DNA polimerase sintetiza uma nova fita complementar pela adição de nucleotídeos à extremidade 3 do iniciador
Vetores de clonagem Agentes (plasmídeos ou vírus) carreadores da seqüência de DNA/RNA a ser inserida durante um experimento em engenharia genética. Plasmídios Bacteriófagos Cosmídio Vírus
Plasmídios O plasmídeo deve transportar um ou mais genes que lhe confiram propriedades particulares O plasmídeo deve possuir pelo menos uma sequência de ADN que possa atuar como origem de replicação de modo a que seja capaz de se multiplicar independentemente dos cromossomas bacterianos Figura xx: Origem de replicação (O), múltiplo Sítios de Clonagem (MSC) e gene que codifica um produto que distingue a célula transformada da célula não transformada (resistência à ampicilina (AmpR)).
Bacteriófagos Os bacteriófagos ou fagos, são vírus que infectam especificamente as bactérias Bactéria Fago lisogênicos Fago lítico
Os dois ciclos iniciam-se, por exemplo, com o fago T4 aderindo à superfície da célula bacteriana, utilizando as fibras protéicas da cauda No ciclo lítico, o DNA viral, já no interior da bactéria, interrompe as funções normais da célula hospedeira e passa a comandar o seu metabolismo. Os genes do bacteriófago são transcritos em moléculas de RNA e traduzidos em proteínas virais O DNA do vírus é, então, injetado para o interior da bactéria, ficando fora da célula a cápsula protéica vazia No ciclo lisogênico, o DNA viral penetra na célula da bactéria e se incorpora ao DNA bacteriano, não interferindo no metabolismo da célula hospedeira
Ciclo lisogênico Ciclo lítico
Estado lisogênico: o DNA do fago é integrado no cromossomo da bactéria passando a ser chamado profago
Cosmídio Os cosmídeos, são plasmídeos que contém um fragmento de DNA do fago l que inclue o sítio cos. Estes cosmídeos podem ser usados como veículos de clonagem molecular empregando o sistema de empacotamento in vitro. Este sistema, reconstitue a estrutura do fago (cabeça e cauda) e assim é usado para infectar a célula hospedeira. O DNA do cosmídeo é injetado no interior da célula hospedeira, circulariza igual ao DNA do fago e replica como um plasmídeo normal, sem expressão de qualquer função do fago. As células infectadas serão selecionadas com base na resistência adquirida a um determinado antibiótico.
Figura 12. Esquema de clonagem em cosmídio
Vírus
Introdução do DNA nas células Com a introdução de fragmentos de DNA isolados no interior de uma célula, esta passou a reproduzir a mensagem genética induzida pelos vetores. Os vetores que são responsáveis por este processo, podem ser plasmídios, vírus e outros, também manipulados geneticamente. Como os plasmídios são seqüências circulares de DNA, que se reproduzem de forma autônoma e são elementos genéticos extracromossômicos, tornaram-se portanto, ideais para a transmissão de informação genética.
APLICAÇÕES PRÁTICAS EM GERAL Setor Alimentar Já foi conseguido a obtenção de microrganismos que intervêm na produção de alimentos, quanto na produção de aminoácidos usados como aditivos durante o processamento de alimentos As perspectivas futuras permitem vislumbrar estratégias que tornem possível o uso de algumas funções microbianas na melhoria do rendimento daquela produção
Setor químico No campo da química, em geral, e especificamente na chamada química fina, apesar das técnicas clássicas poderem atender às necessidades de produção, a engenharia genética vem ampliar e melhorar os processos de produção de matérias-primas, usando microrganismos capazes de fermentar diretamente compostos de maior complexidade, como a celulose, ou lançando mão de culturas mistas de microrganismos, capazes uns de atuar sobre os produtos de fermentação de outros, com o que se melhora o resultado final.
Produção de Antibióticos Genes específicos codificadores de antibióticos de bactérias e fungos podem ser clonados em algumas espécies bacterianas, o que abre boas possibilidades na manipulação genética da produção daqueles metabólitos. Mas os resultados práticos obtidos não são, por enquanto, de grande valia
Produção de Insulina Bactéria Escherichia coli Gene pró- insulina humana Hormônio em quantidade
Produção de Vacinas As técnicas de rdna permitem a produção de novas vacinas Virais Bacterianas vírus inativados, vírus atenuados, proteínas virais ou peptídeos naturais ou sintéticos. toxoíde As vacinas podem ser inativadas e atenuadas Aparecimento de reações adversas, ou a própria reversão da atenuação.
Organismos Geneticamente Modificados (OGM) e Transgênicos Na maior parte das vezes que se fala em Organismos Geneticamente Modificados, estes são organismos trangênicos. OGMs e transgênicos não são sinônimos: todo transgênico é um organismo geneticamente modificado, mas nem todo OGM é um transgênico
Organismos Geneticamente Modificados (OGM) OGM é a sigla de Organismos Geneticamente Modificados, organismos manipulados geneticamente, de modo a favorecer características desejadas. OGMs possuem alteração em trecho(s) do genoma realizadas através da tecnologia do DNA recombinante ou engenharia genética.
"GloFish ": o primeiro organismo geneticamente modificado para vender: o peixe-zebra.
Transgênicos Transgênicos são organismos que, mediante técnicas de engenharia genética, contenham material genético de outros organismos. A geração de transgênicos visa um a obtenção de organismos com características novas ou melhoradas relativamente ao organismo original. Resultados na área de transgenia já são alcançados desde a década de 1970, na qual foi desenvolvida a técnica do DNA recombinante.
Plantas transgênicas A obtenção de plantas transgênicas resistentes a insetos tornou-se uma das mais importantes finalidades da engenharia genética. As folhas de uma planta transgênica contém uma substancia que as torna inadequadas como alimento para larvas de inseto (A). Elas não são atacadas quando expostas a esse inseto. Entretanto, a planta não transgênica, nas mesmas condições, sofre importantes danos (B).
Figura: Planta geneticamente modificada (direita) mostrando imunidade à doença do mosaico dourado e uma planta não modificada (esquerda) apresentando os sintomas típicos. Ambas foram inoculadas com o vírus transmitido por mosca branca. Figura: Vagens de uma planta geneticamente modificada resistente ao vírus do mosaico dourado (esquerda) e vagens de plantas comuns com os sintomas provocados pela infecção com o vírus (direita).
CLONAGEM Clonagem em biologia é o processo de produção de indivíduos geneticamente idênticos, que ocorre na natureza quando organismos, tais como bactérias, insetos e plantas reproduzirem assexuadamente. Clonagem em biotecnologia refere-se aos processos usados para criar cópias de fragmentos de DNA(Clonagem molecular), células (Clonagem celular), ou organismo.
O uso de variedades clonais para a reabilitação de plantas susceptíveis à vassoura-de-bruxa, causada pelo fungo Crinipellis perniciosa, é uma das estratégias adotada pelo Programa de Recuperação da Lavoura Cacaueira na região Sul da Bahia. A Estaquia e a enxertia são as técnicas utilizadas na clonagem de cacau.
CLONE A origem etimológica é da palavra grega klon que quer dizer broto de um vegetal. Clone é um conjunto geneticamente uniforme de indivíduos originalmente derivados de um só indivíduo mediante propagação assexual. 1. Clonagem natural 3. Clonagem reprodutiva 4. Clonagem embrionária 5. Clonagem terapêutica
CLONAGEM NATURAL A clonagem é natural em todos os seres originados a partir de reprodução assexuada (ou seja, na qual não há participação de células sexuais), como é o caso das bactérias, dos seres unicelulares, podendo ocorrer em mamíferos. Ex: Gêmeos Univitelinos
CLONAGEM REPRODUTIVA Uma das técnicas básicas usadas por cientistas é a transferência nuclear da célula somática (SCNT). Esta técnica foi usada por cientistas durante muitos anos, para clonar animais através de células embrionárias.
CLONAGEM EMBRIONÁRIA Por esse processo, multiplica-se o embrião do animal em estudo produzindo, assim, gêmeos ou trigêmeos, etc. É um processo similar ao da natureza. Embora já em uso há anos com animais, muito pouco foi experimentado com seres humanos.
CLONAGEM TERAPÊUTICA É um procedimento cujos estágios iniciais são idênticos a clonagem para fins reprodutivos, difere no fato do blastocisto não ser introduzido no útero. Ele é utilizado em laboratório para a produção de células-tronco a fim de produzir tecidos ou órgão para transplante.
CONCLUSÃO Através da engenharia genética é possível a manipulação do DNA, que existe nas células dos seres vivos e assim; recombinar genes, alterandoos, trocando-os ou adicionando genes de diferentes origens e criando novas formas de vida. Esta técnica possibilita: Mapear o seqüenciamento do genoma das espécies animais, incluindo o ser humano (Genoma Humano) e dos vegetais; A criação de seres clonados (copiados); Desenvolver a terapia genética; Produzir seres transgênicos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CAMPBELL, M. K. Bioquímica. 3. ed.- Porto Alegre: Artmed, 2000. 752p. CANDEIAS, J.A.N.- A engenharia genética- Novos aspectos da saúde pública- Rev. Saúde Pública vol.25, no.1 São Paulo Feb. 1991 LIMA, C.P. Genética Humana. 3 ed. Harbra, 1996. 442p. MONQUERO, P. A. Plantas transgênicas resistentes aos herbicidas: Situação e perspectivas- Bragantia, Campinas, 2005. v.64, n.4, 517-531p. RAMALHO, M. A. P. et AL. Genética na agropecuária. 3 ed. Lavras: UFLA, 2004. 472p.
SITES CONSULTADOS Disponível em: www.wikipedia.org. Acesso em 18/01/2009-21: 37 Disponível em: www.e-escola.pt. Acesso em 24/01/2009-15:48. Disponível em: http://morpheus.fmrp.usp.br/td/apostila.php. Acesso em 19/01/2009-17: 45.
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