Cincias da Natureza e suas Tecnologias - Biologia Ensino Mdio,
3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA
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INTRODUO Biotecnologia corresponde a tcnicas que tm permitido
ao ser humano utilizar organismos para obter produtos de seu
interesse. Durante milnios, os agricultores vm cruzando diferentes
espcies e variedades vegetais para obter plantas com determinadas
caractersticas. H cerca de 3 mil anos, por exemplo, lavradores
chineses cultivaram uma leguminosa silvestre que produzia um feijo
preto ou marrom: a soja. Atualmente, h cerca de 7 mil variedades de
soja, o que ilustra a grande diversidade obtida por meio de tcnicas
convencionais de cultivo. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao
do DNA
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A engenharia gentica possibilita a manipulao de molculas de
DNA. Por meio dessas tcnicas, possvel gerar organismos transgnicos,
mapear os genes nos cromossomos e em qualquer lugar dele um gene se
localiza. possvel, tambm, realizar o chamado sequenciamento gnico,
ou seja, determinar qual a sequncia de bases nitrogenadas de um
gene. Essas informaes tm permitido aprimoramento nos servios de
aconselhamento gentico, pois possibilitam que um indivduo normal
saiba se ele ou no portador de um alelo do gene que causa alguma
doena (deletrio) e que pode ser transmitido a seus descendentes.
BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA
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Alm disso, esses conhecimentos ajudam a aprimorar as informaes
que podem ser obtidas em diagnostico pr- natal sobre doenas
genticas em fetos. As tcnicas de engenharia gentica permitem ainda
fazer a identificao de pessoas com base na anlise do DNA, com um
nvel de certeza igual aos das impresses digitais. Por isso, fala-se
em impresses digitais genticas ou DNA fingerprint (palavra inglesa
que significa impresso digital). Esses recursos tm sido empregados
em testes de paternidade para resolver casos de troca de crianas em
maternidades, alm de problemas criminais, como estupros, roubos e
assassinatos. A engenharia gentica est abrindo caminhos para a
produo de hormnios de forma mais rpida e eficiente. BIOLOGIA 3 Ano
Questes ticas da manipulao do DNA
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DNA RECOMBINANTE BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do
DNA
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A tcnica central na tecnologia do DNA recombinante o isolamento
de molculas de DNA e sua insero em outro organismo. Para isso,
preciso isolar o trecho de DNA a ser inserido. Esse processo
envolve a fragmentao do DNA dos cromossomos na interfase, o que
feito pela ao de enzimas especiais denominadas enzimas de restrio.
A descoberta dessas enzimas permitiu grandes avanos na manipulao do
DNA. Nas bactrias, essas enzimas fazem parte dos mecanismos de
defesa desses procariontes contra os vrus, pois atuam como
verdadeiras tesouras moleculares, cortando o DNA viral em vrios
pedaos e tornando-o inativo. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA
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Cada enzima de restrio corta o DNA somente quando encontra uma
sequncia especfica de bases nitrogenadas. Dessa forma, esse corte
no feito em qualquer lugar. Os cientistas j sabem onde atua cada
uma das enzimas de restrio conhecidas. Por exemplo, existe uma
enzima chamada Eco R1, a qual corta o DNA toda vez que encontra as
seguintes sequncias pareadas: BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA Regies que sero cortadas Por Eco R1...
GAATTC...... CTTAAG... Dois fragmentos resultantes... G... CTTAA
AATTC... G...
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Ao encontrar essa sequncia, Eco R1 sempre corta o DNA entre as
bases G e A. Alm dessas enzimas com capacidade de cortar o DNA em
locais especficos, os cientistas tm conseguido inserir segmentos
isolados em outra molcula de DNA, com o uso de enzimas chamadas DNA
ligases. Aproveitando-se dessas propriedades, os cientistas tm
usado as enzimas de restrio para cortar molculas de DNA de vrios
organismos, inclusive das prprias bactrias. Assim, tem se
conseguido trabalhar com trechos menores da molcula de DNA e isolar
genes. Esses genes ou trechos de DNA isolados so unidos a molculas
de DNA de outro organismo. A molcula de DNA associada ao novo
trecho inserido denominada DNA recombinante. BIOLOGIA 3 Ano Questes
ticas da manipulao do DNA
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CLONAGEM DE DNA BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do
DNA
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Clonagem de DNA significa produo de inmeras cpias idnticas de
um mesmo fragmento de molcula de DNA. Esse processo tem incio com o
isolamento, pela ao das enzimas de restrio, de fragmentos do DNA a
serem clonados. Depois de isolados, esses trechos so introduzidos
no DNA de outros organismos, principalmente vrus e bactrias, que
aceitam essa manipulao. Esses organismos so chamados de vetores. Ao
se reproduzirem, esses microrganismos multiplicam as molculas
recombinantes, dando origem a um grande nmero de clulas idnticas.
Consegue-se, desse modo, produzir grande nmero de cpias exatas
(clones) de um mesmo trecho de DNA. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA DNA humano As
enzimas quebram a molcula de DNA em dois locais precisos, isolando
um gene que codifica a sntese de uma substncia A. Esquema
simplificado da formao de DNA recombinante e sua clonagem em
bactrias (Elementos representados em diferentes escalas,
cores-fantasia.) Outras enzimas unem o gene isolado ao plasmideo
retirado da bactria Meio de cultura. Duplicao da bactria, dando
origem a um clone Bactria recombinante. Passa a produzir as
susbtncias A e B Reintroduz-se o plasmideo na bactria Local de ao
da enzima DNA ligase Gene Local de ao da enzima DNA ligase Local de
ao da enzima de restrio Extrao Gene Bactria O plasmideo codifica a
sntese de uma Substncia B. Cromossomo bacteriano Plasmideo Local de
ao da enzima de restrio
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Genes
essenciais Genes no essenciais Genes De interesse Cortes com
enzimas De restrio A Cortes com a mesma Enzimas de restrio A DNA
viralDNA humano Unio com a Enzima DNA ligase Gene Humano DNA
recombinante Adciona-se ao meio com DNA recombinante protenas
Virais e enzimas para que ocorra a reconstituio do vrus. Vrus
produzido em laboratrio Esses vrus so introduzidos em culturas de
bactrias ou de clulas de outros Organismos, onde ocorre replicao do
DNA recombinante, formando vrios vrus. Esquema simplificado de
Formao de DNA Recombinante Em vrus e sua Clonagem. (cores
fantasia.)
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ALGUMAS UTILIZAES PRTICAS DA CLONAGEM GNICA BIOLOGIA 3 Ano
Questes ticas da manipulao do DNA
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A produo de certos hormnios da espcie humana j tem sido
realizada por meio de tcnicas de clonagem, como as descritas. o
caso da insulina e da somatotropina (hormnio do crescimento). Hoje,
j possvel produzir insulina clonando o gene humano em bactrias e o
estimulando para que entre em atividade. Produzem-se, assim,
quantidades considerveis de insulina, posteriormente isolada e
purificada para a utilizao humana. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA Processos Industriais de produo Purificao
Matrias-primasBactria com o gene Humano para insulina Clonagem de
bactrias recombinantes Esquema de produo de Insulina por engenharia
gentica. (Elementos representados em diferentes escalas; cores
fantasia) Insulina Outras substncias
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IDENTIFICAO DE PESSOA BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao
do DNA
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O DNA fingerprint tem sido til para a identificao de pessoas,
para esclarecer dvidas sobre a possvel participao de suspeitos em
crimes e para realizar testes de paternidade. Os testes que
utilizam DNA fingerprint fornecem certeza de 99,9% em seu
resultado. Os cromossomos humanos contm cerca de 35 mil genes
diferentes, mas isso representa apenas 3% do contedo do genoma
humano. O restante formado por DNA no codificante. BIOLOGIA 3 Ano
Questes ticas da manipulao do DNA
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Esquema
resumindo as etapas de separao de fragmentos de DNA por meio da
eletroforese em gel. Amostras so colocadas em pequenas depresses do
gel, que fica sustentado por placas de vidro e imerso em soluo
Aquosa. Eletrodos ligados nas duas Extremidades estabelecem um polo
e outro +. Os fragmentos maiores se deslocam menos e os menores,
mais. Desliga-se a corrente eltrica. Os fragmentos ficam separados
por tamanho, formando faixas na placa de gel. Cada coluna
corresponde ao DNA de uma das amostras Esse padro de bandas fica
evidente quando se adiciona placa de gel corante especfico que
fluoresce na luz ultravioleta, como mostra a fotografia. Fragmentos
menores Fragmentos maiores Eletroforese completa Os fragmentos
migram no gel Placas de vidro Gel Amostras contendo fragmentos de
DNA de diferentes tamanhos; cada amostra de uma pessoa Polo
negativo Polo positivo I II III
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA A placa de gel
colocada em uma cuba com soluo alcalina. Esta migra por
capilaridade em direo s toalhas de papel, passando pelo gel e pela
membrana de nitrocelulose. Nesse processo, h desnaturao do DNA e as
cadeias simples do DNA ficam aderidas membrana. As sondas so
cadeias simples de DNA radioativo complementar sequncia de DNA de
interesse. Elas se unem apenas nesses trechos, marcando-os: DNA
hibridizado. Lava-se a preparao para remover as sondas que no se
uniram ao DNA A membrana removida e colocada em um meio contendo
sondas radiativas. Toalhas de papel Placa de gel aps a eletroforese
Cuba contendo soluo alcalina Sondas de DNA radiativo (cadeias
simples) Filme fotogrfico Saco plstico Uma folha de filme
fotogrfico colocada sobre a membrana. A radiatividade da sonda
impressiona o filme, que passa a conter o padro de bandas com o DNA
de interesse. I II III
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TERAPIA GNICA BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do
DNA
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Essa tcnica consiste em substituir o alelo anormal, que causa
doena, pelo alelo normal. Os estudos de terapia gnica esto at o
momento restritos a clulas somticas, mas, em um futuro prximo,
pretende-se atuar sobre as clulas que formam os gametas, de modo
que o indivduo afetado no possa mais transferir o alelo anormal
para seus descendentes. As principais maneiras de introduzir genes
em humanos, nos casos de terapia gnica, tm sido: BIOLOGIA 3 Ano
Questes ticas da manipulao do DNA
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Tcnica ex vivo: consiste em usar um vetor como um vrus
modificado que contenha o alelo normal. A seguir, colhem-se glbulos
brancos (leuccitos) do sangue da pessoa afetada e se permite que os
vrus alterados infectem essas clulas em meio de cultura. Os vrus
introduzem nos leuccitos o alelo normal e, assim modificados, os
leuccitos so mantidos em meios propcios sua intensa multiplicao.
Depois so reintroduzidos no paciente, em um processo semelhante a
uma transfuso de sangue. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao
do DNA
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Tcnica in vivo: consiste na clonagem em um vetor do alelo
normal e de seu preparo para introduo no paciente, por meio de
injeo na veia ou intramuscular. Alguns dos alelos acabam por ser
incorporados s clulas do paciente, e dentro delas passam a comandar
a sntese da protena normal. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA 1 e 2 2 1 3 4
Representao esquemtica do processo de introduo de genes modificados
no corpo humano pelos processos in vivo (representado pela seta
laranja) e ex vivo (representado pelas setas azuis). (Elementos
representados em diferentes escalas: cores-fantasia.) As clulas
humanas geneticamente modificadas so introduzidas no paciente. O
vetor introduz nas clulas humanas o seu DNA, que contm o gene de
interesse. Clulas humanas Vetores Vrus como vetor Clulas humanas
Geneticamente modificadas Clulas de um paciente so removidas e
mantidas em meios de cultura onde se adiciona o gente de interesse,
usando vetores Gene de interesse teraputico
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VACINAS GNICAS BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do
DNA
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Utilizando as tcnicas da biologia molecular, os cientistas esto
avanando em mais uma rea importante: as vacinas a partir do DNA.
Genes de agentes causadores de doenas e que codificam protenas
responsveis por estimular o sistema imunolgico humano tm sido
isolados e inseridos em bactrias e clonados. BIOLOGIA 3 Ano Questes
ticas da manipulao do DNA
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CLONAGEM BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA O ncleo
haploide removido por micromanipulao Clulas so mantidas em cultura
por seis dias Ovelha Blackface: doadora do ovcito Ovelha Finn
Dorset: doadora da clula mamria Ovcito Clulas mamrias mantidas em
meio de cultura sem nutrientes. Com isso, a clula no se divide,
entrando em estado de quiescncia. Nesse momento, todos os genes
podem ser ativados Clulas Mamrias Descarga Eltrica para estimular a
fuso e a diviso celular Blastocisto de 6 dias Vrios blastoscistos
assim produzidos so implantados no tero da futura me, que uma fmea
da raa Blackface. Clula quiescente pronta para clonagem Dolly:
ovelha Finn Dorset, clone de fmea doadora da clula mamria Imagem:
Squidonius/ Public Domain
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ORGANISMOS TRANSGNICOS BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA
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Organismos transgnicos so aqueles que recebem genes de outras
espcies de seres vivos. A importncia deles est na obteno de
indivduos em caractersticas vantajosas e que produzam substncias de
interesse para o ser humano. A transferncia de genes de um
organismo para outro j foi feita com sucesso em camundongos: o gene
que produz o hormnio do crescimento humano foi isolado e
transferido para zigotos do camundongo, logo aps a fertilizao in
vitro; os ovcitos foram removidos cirurgicamente e fecundados com
espermatozoides. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do
DNA
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Imagem:
Ovcito/ Ekem/ Public Domain Fotomicrografia mostrando introduo do
material gentico em ovcito de mamfero. O ovcito est preso por suco
pipeta, e o material genticos est sendo introduzido por uma
microagulha de vidros. O ovcito mede cerca de 100 mm de
dimetro.
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Imagem: Ingrid
Moen et al/ Creative Commons Atribuio 2.0 Genrica Fotografia de
filhotes de camundongos normais e transgnicos sob luz especial. Os
camundongos transgnicos sintetizam uma protena de gua-viva, que
confere a cor verde fluorescente sua pele, sob essa iluminao.
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Fotografia de
ovelha transgnica que expressa o gene humano que codifica a protena
alfa-1-antitripsina. A protena usada no tratamento de pessoas que
no a produzem em quantidade suficiente, o que pode causar enfisema
pulmonar. Imagem: Malene Thyssen/ GNU Free Documentation
License
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Imagem: United
States Department of Agriculture/ Disponibilizado por Jurema
Oliveira/ Public Domain Fotografia de sementes de soja e de
mamoeiro transgnicos. Imagem: United States Department of
Agriculture/ Disponibilizado por Jurema Oliveira/ Public
Domain
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Imagem: David
W. Ow et al/ US Dept. of Agriculture and the National Science
Foundation/ GNU Free Documentation License Fotografia de planta de
tabaco com gene de vaga-lume, que lhe deu a caracterstica de
bioluminescncia
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BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da manipulao do DNA Fotografia de
mexilhes e, dentro de um frasco, planta de tabaco geneticamente
modificada. A planta recebeu genes de mexilho que codificam a
sntese da substncia adesiva dos fios que prendem o animal ao
substrato (fios do bisso) David W. Ow et al/ US Dept. of
Agriculture and the National Science Foundation/ GNU Free
Documentation License
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Referncia Bibliogrfica Lopes, Snia e Rosso, Srgio; BIO: Volume
2 1. ed. So Paulo: Saraiva, 2010. BIOLOGIA 3 Ano Questes ticas da
manipulao do DNA
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Tabela de Imagens n do slide direito da imagem como est ao lado
da fotolink do site onde se conseguiu a informaoData do Acesso
27Squidonius/ Public
Domainhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dolly_clon
e.svg?uselang=pt-br 28/08/2012 30Ekem/ Public
Domainhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oocyte.jpg28/08/2012
31Ingrid Moen et al/ Creative Commons Atribuio 2.0 Genrica
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GFP_Mice
_01.jpg?uselang=pt-br 28/08/2012 32Malene Thyssen/ GNU Free
Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Klitf%C3% A5r.jpg 28/08/2012
33a United States Department of Agriculture/ Jurema Oliveira/
Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Soybean.U
SDA.jpg 28/08/2012 33bMarco Schmidt/ Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.5 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carica_pap aya_MS4113.JPG
28/08/2012 34David W. Ow et al/ US Dept. of Agriculture and the
National Science Foundation/ GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glowing_t
obacco_plant.jpg?uselang=pt-br 28/08/2012 35Sandy Austin/ Creative
Commons Attribution 2.0 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:New_Zeala
nd_green_mussels.jpg 28/08/2012