13 - Transformação gênica métodos de transferência de DNA

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Transformação gênica: métodos de 
transferência de DNA
Apresentação
O processo de transformação gênica ou genética define a introdução controlada de um gene no 
genoma de uma célula receptora. Esse processo tem extrema valia e significância, considerando 
que abre novas perspectivas no que diz respeito ao melhoramento genético de diversos 
organismos.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer os principais objetivos da transformação 
gênica, identificar os métodos de transferência de DNA mais pertinentes e também a metodologia 
associada à transferência de DNA.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Analisar os objetivos da transformação gênica.•
Identificar os métodos de transferência de DNA.•
Descrever a metodologia associada à transferência de DNA.•
Infográfico
Por meio das técnicas de engenharia genética, a transgenia por meio de transformação gênica surge 
como uma solução biotecnológica para problemas que interferem na agricultura, como pragas 
e estresses ambientais. 
As pesquisas em termos de DNA recombinante tiveram um significativo avanço no estudo de 
plantas, de modo que certas características das plantas as tornam especialmente acessíveis para 
métodos de DNA recombinante.
Acompanhe no Infográfico a seguir como é realizada a transformação genética de plantas.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para 
acessar.
https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/f10802ca-ff73-4339-aef8-58a16b425d8d/74df05e8-8d47-405e-a5b5-ec81a2934319.jpg
Conteúdo do livro
Os métodos de transferência gênica utilizam processos físicos, químicos e biológicos que 
promovem modificações nas paredes e nas membranas celulares, facilitando a introdução de DNA 
exógeno. Atualmente, diversos métodos têm sido propostos e variam em sua eficiência e 
praticidade. A introdução controlada desses genes exógenos, por meio de técnicas biotecnológicas, 
demonstra uma ferramenta valiosa no que se refere ao melhoramento genético, gerando novas 
perspectivas aos programas de melhoramento genético.
Na obra Biotecnologia, leia o capítulo Transformação gênica: métodos de transferência de 
DNA, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, no qual você vai conhecer os principais 
objetivos da transformação gênica e identificar os métodos de transferência de DNA. 
Boa leitura.
BIOTECNOLOGIA
Lisiane Silveira Zavalhia
Transformação gênica: 
métodos de transferência 
de DNA
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Analisar os objetivos da transformação gênica.
  Identificar os métodos de transferência do ácido desoxirribonucleico 
(DNA).
  Descrever a metodologia associada à transferência do DNA.
Introdução
Na atualidade, estão ao nosso dispor as mais modernas técnicas para a 
manipulação de material genético, com diversas aplicações tecnológicas 
envolvendo a área da saúde, a agropecuária, a indústria de alimentos e 
a criação de transgênicos. 
O advento da clonagem molecular envolve diretamente a transfe-
rência de uma sequência de ácido desoxirribonucleico (DNA) específica 
para uma única célula de um microrganismo, que então é cultivado, 
de modo que seja capaz de reproduzir a sequência transferida junto a 
seu próprio complemento de DNA.
Neste capítulo, você vai compreender os principais objetivos da 
transformação gênica, identificar os métodos de transferência de DNA 
e também identificar as metodologias associadas à transferência de DNA.
Transformação gênica
Organismos procarióticos utilizam mecanismos de recombinação, nos quais 
um fragmento de DNA é transferido de uma célula doadora para uma célula 
receptora. Esses mecanismos incluem a transformação, processo no qual um 
DNA livre é capturado pelo receptor a partir do meio circundante (HARTL; 
CLARK, 2011).
Cabe salientar que no processo de transformação genética, somente um 
pequeno número de células-alvo recebem e integram de forma estável o DNA 
exógeno. Para a recuperação das células transformadas, se faz necessário 
o uso de um eficiente sistema de seleção e regeneração (SARTORETTO; 
SALDANHA; CORDER, 2008).
Vale relembrar de todo o processo de clonagem de DNA para que o processo 
de transformação seja melhor entendido (STRACHAN; READ, 2014).
  A formação do DNA recombinante se dá por meio de fragmentos 
de DNA clivados, “cortados” com uma enzima de restrição, que 
são misturados com um agrupamento heterogêneo de moléculas 
de vetores que foram clivadas com uma endonuclease de restrição 
semelhante. A união do DNA-alvo e do vetor se dá pela influência 
da DNA-ligase para formar o DNA recombinante. Cada vetor contém 
uma origem replicativa que propiciará que ele seja copiado em uma 
célula hospedeira. 
  O processo de transformação se dá quando o DNA recombinante é 
misturado com células hospedeiras, as quais comumente absorvem 
apenas uma molécula de DNA externo. Então, cada célula contém, 
normalmente, um único DNA recombinante. 
  No processo de amplificação, as células individualmente transformadas 
podem sofrer divisão celular repetida para dar origem a uma colônia de 
clones celulares idênticos, contendo um tipo de DNA recombinante que 
é mantido separado das outras colônias, contendo células com diferentes 
moléculas de DNA recombinante. Diversos vetores plasmidiais tendem 
a atingir um número alto de cópias por célula. 
  Após separar o DNA recombinante da célula hospedeira, se faz o iso-
lamento desses clones de DNA recombinante.
Transformação gênica: métodos de transferência de DNA2
Observe a Figura 1 a seguir.
Figura 1. Passos essenciais para o processo de clonagem de DNA.
Fonte: Strachan e Read (2014, p. 167).
3Transformação gênica: métodos de transferência de DNA
Nas culturas comerciais, nos dias atuais, dois dos tipos de transgenes são utilizados 
com mais frequência: os genes que permitem que as plantas resistam à aplicações de 
herbicidas ou que resistam ao ataque por insetos específicos.
Transferência de DNA
Organismos multicelulares expressando um gene de outro organismo (exó-
geno) são denominados de transgênicos e os genes exógenos transplantados 
são comumente referidos como transgenes (VOET; VOET, 2013). Em suma, 
qualquer gene transferido artifi cialmente para um organismo é denominado 
como um transgene. Mais comumente, transgenes são introduzidos de uma 
espécie para outra (LINCOLN et al., 2018).
A transferência gênica consiste na introdução de genes funcionais dentro 
da célula e dos organismos, por meio de uma variedade de técnicas, que in-
cluem hibridização celular e transferência gênica mediada por microcélulas, 
cromossomos e DNA. Essa transferência apresenta como resultado indivíduos 
e células geneticamente transformados e é um processo da tecnologia do 
DNA recombinante, em que genes clonados são utilizados por transferência 
(BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013).
Estrategicamente, a transferência gênica pode ser descrita em três elementos 
indispensáveis: um vetor, o gene a ser distribuído (muitas vezes chamado de 
transgene) e a célula-alvo fisiologicamente relevante para a qual o DNA ou o 
ácido ribonucleico (RNA) seja distribuído (KASPER et al., 2018). 
A transferência gênica tem como foco principal a entrada de algum material 
genético (na forma de DNA, RNA ou oligonucleotídeos) nas células-alvo. Os 
agentes usados para essa entrada são denominados vetores, palavra que vem 
do latim vector, significando “aquele que entrega” (NARDI; TEIXEIRA; 
SILVA, 2002). 
Para que o vetor seja considerado ideal, ele deve ter algumas caracterís-
ticas almejadas, entre as quais podemos salientar as seguintes: capacidade 
de acomodação de um transgene de tamanho ilimitado, baixa citotoxicidade 
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e imunogenicidade, expressão estável desse transgene, direcionamento para 
tipos específicos de células ou tecidos, custo baixo, fácil produção e manejo 
e, ainda,possibilidade de regular a expressão do gene exógeno no tempo e/
ou na quantidade (NARDI; TEIXEIRA; SILVA, 2002). 
O material genético a ser manipulado nos experimentos de transferência 
gênica é mais frequentemente encontrado em duas formas (NARDI; TEI-
XEIRA; SILVA, 2002): 
  Forma de plasmídeo, em que um gene de interesse é inserido nesse 
plasmídeo, promovendo então a síntese da proteína desejada nas células 
ou tecidos-alvos.
  Forma viral, em que o transgene substitui regiões gênicas de determi-
nados vírus. 
Por meio das técnicas de DNA recombinante, a transferência de genes 
propicia uma nova maneira de aumentar o valor nutritivo das plantas. Como 
várias plantas agrícolas são deficientes em alguns dos nutrientes necessários à 
dieta humana, o uso da biotecnologia está sendo de extrema valia na produção 
de culturas capazes de complementar alguns requisitos da dieta. Inúmeras 
culturas de alimentos com valor nutricional maior do que originalmente 
foram estão sendo desenvolvidas, incluindo plantas com níveis aumentados 
de ácidos graxos, antioxidantes, vitaminas e minerais. Como muitas defici-
ências nutricionais já são bem conhecidas e afetam aproximadamente 40% 
da humanidade, os esforços são dirigidos para combater essas deficiências 
(KLUG et al., 2012). 
Estão em desenvolvimento procedimentos para gerar animais de produção transgê-
nicos, dentre eles estão vacas, cabras, porcos e ovelhas. Uma de suas aplicabilidades 
para animais de produção transgênicos é sua utilização para a secreção de proteínas 
de uso farmacêutico, como o hormônio do crescimento humano e os fatores de 
coagulação sanguínea, no seu leite (VOET; VOET, 2013, p. 121).
5Transformação gênica: métodos de transferência de DNA
Metodologias de transferência do DNA 
Os métodos de transferência gênica são geralmente divididos em três categorias 
(NARDI; TEIXEIRA; SILVA, 2002): 
  Métodos físicos: pelos quais o transgene pode ser introduzido de forma 
mecânica nas células.
  Métodos químicos: em que o vetor é alguma substância que tem origem 
química.
  Métodos biológicos: nos quais é utilizado o emprego de organismos 
como vírus e algumas bactérias que, naturalmente, têm a capacidade 
de transferir material genético.
Porém, a escolha da metodologia empregada varia de acordo com a finali-
dade, a célula ou o tecido-alvo, o tipo de transgene a ser expresso e em quanto 
tempo e em qual quantidade de expressão deseja-se obter, dentre outros fatores.
Métodos físicos
Aqui nesta categoria pode-se citar um dos métodos mais primitivos e que é 
menos utilizado na prática atualmente, que é o método da microinjeção. Esse 
método consiste em introduzir uma pequena quantidade de DNA diretamente no 
núcleo da célula-alvo, utilizando um aparelho denominado micromanipulador. 
Como o número de células que pode ser transformado é geralmente muito 
baixo por meio desse método, ele não obteve sucesso. 
Em alguns tecidos, a injeção direta de DNA na forma plasmidial (deno-
minado método com injeção de DNA nu) auxiliada por uma seringa mostrou 
algum sucesso na transferência gênica, mas para um número limítrofe de 
células (NARDI; TEIXEIRA; SILVA, 2002). 
Métodos químicos
Nesta categoria, as características do DNA e das membranas celulares são 
utilizadas para, com o uso de compostos químicos, garantirem que o material 
genético entre nas células. Os compostos utilizados são catiônicos (têm carga 
total positiva). Um dos primeiros sistemas descritos foi este, da coprecipitação 
de DNA com fosfato de cálcio, e entre suas vantagens estão a segurança, a 
simplicidade e o custo (NARDI; TEIXEIRA; SILVA, 2002). 
Transformação gênica: métodos de transferência de DNA6
Como exemplo, em uma dada situação em que um gene eucariótico de 
interesse é clonado em um plasmídeo que contém uma marca de resistência 
a determinada droga, que pode ser selecionada em células animais em cul-
tura. O DNA plasmidial é então introduzido em células em cultivo como um 
coprecipitado de fosfato de cálcio, conforme supracitado, o qual é absorvido 
e expresso por uma fração alta das células durante alguns dias (chamada de 
expressão transiente). As células que foram estavelmente transformadas, as 
quais o DNA plasmidial se integrou ao DNA cromossomal, podem ser sele-
cionadas em razão da sua habilidade de crescer em meio contendo a droga 
(COOPER; HAUSMAN, 2008). Veja o esquema da Figura 2 a seguir.
Figura 2. Processo de transformação celular.
Fonte: Cooper e Hausman (2008, p. 125). 
Métodos biológicos
Nesta categoria, cabe salientar que, dentre os sistemas de transferência, os 
virais são os mais utilizados nos dias de hoje nos estudos para desenvolver 
protocolos de terapia gênica, por se obter com esses vetores uma alta efi ciência 
de transdução. Várias famílias virais já foram utilizadas como vetores de 
transferência gênica, mas os principais são os das quatro famílias: adenovírus, 
7Transformação gênica: métodos de transferência de DNA
retrovírus (incluindo os lentivírus), vírus adeno-associado e, mais recente-
mente, herpesvírus (NARDI; TEIXEIRA; SILVA, 2002). 
A classe de retrovírus (lentivírus) inclui o vírus da imunodeficiência hu-
mana, que são capazes de integrar-se ao DNA em muitas células de divisão 
lenta ou que não se dividem, inclusive os neurônios, o que propicia que esses 
vetores possam ser adequados para a terapêutica de doenças neurológicas 
(BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013).
Edição de DNA – CRISPR-Cas9
Muito tem se abordado sobre o sistema regulador de edição de DNA, chamado 
CRISPR-Cas9 (repetições palindrômicas interagrupadas regularmente, do 
inglês clustered regularly interspaced short palindromic repeats, e sua proteína 
associada-9, do inglês CRISPR associated protein-9) (RODWELL et al., 2018). 
Encontrado em muitas bactérias, o sistema CRISPR denomina uma forma de 
imunidade adquirida a infecções de bacteriófagos (RODWELL et al., 2018). 
Os pesquisadores, ao estudarem um fenômeno diferente nas bactérias, rea-
lizaram essa descoberta que, hoje, tem um impacto fundamental. A exportação 
do sistema CRISPR de bactéria para vários outros organismos (camundongos, 
peixe-zebra, vermes, moscas, arroz e trigo) revolucionou os estudos referentes 
à função gênica (ALBERTS et al., 2017). 
Quando as bactérias são atacadas por vírus pela primeira vez, elas apresen-
tam um mecanismo que faz com que pequenos fragmentos desse DNA viral se 
integrem nos seus genomas. Eles tornam-se moldes para a produção de pequenos 
RNAs não codificadores (crRNAs), que serão capazes de destruir o vírus caso 
ele venha a reinfectar os descendentes da célula original. Esses crRNAs passam 
a associar-se a proteínas especiais e o complexo localiza e destrói moléculas de 
DNA de fita dupla, em vez de moléculas de RNA de fita simples (ALBERTS et 
al., 2017). Dessa forma, o CRISPR utiliza alvos com base no RNA para carrear 
a nuclease Cas9 até o DNA estranho. No interior bacteriano, esse complexo 
CRISPR-RNA-Cas9 degrada e inativa o DNA-alvo (RODWELL et al., 2018).
O diferencial do sistema CRISPR está no seu potencial de ligar a Cas9 a 
milhares de posições distintas dentro do genoma pelas regras simples do parea-
mento de bases complementares. O gene que codifica o componente-chave desse 
sistema, a proteína Cas9, já foi transferido em uma variedade de organismos 
e, com esse sistema, é possível simplificar o processo de produzir organismos 
transgênicos (ALBERTS et al., 2017). Conforme a imagem a seguir demonstra, 
CRISPR possibilita, então, a edição de sequências de DNA alvo-específicas do 
genoma de qualquer organismo pela ação de três moléculas: a nuclease (Cas9), 
Transformação gênica: métodos de transferência de DNA8
que cliva o DNA dupla fita; um RNA-guia, que guiará o complexo até o alvo; e 
o DNA-alvo (GONÇALVES; PAIVA, 2017). Veja a seguir a Figura 3.
Figura 3. Sistema CRISPR-Cas9: a técnica engloba basicamente três moléculas: nuclease 
(geralmente a Cas9), RNA-guia e alvo (frequentemente o DNA).
Fonte: Adaptada de Soleil Nordic/Shutterstock.com.Algumas vantagens do CRISPR sobre outras estratégias para manipular 
a expressão gênica (ALBERTS et al., 2017): 
  É possivelmente fácil o cientista desenhar o RNA-guia, pois ele comu-
mente segue a convenção do pareamento de bases padrão.
  Não há necessidade de modificar o gene a ser controlado, pois a estraté-
gia CRISPR explora aquelas sequências de DNA já presentes no genoma.
  É possível controlar vários genes de maneira simultânea. Cas9 deve ser 
expressa apenas uma vez, mas muitos RNAs-guia podem ser expressos 
na mesma célula; o que permite ao cientista ligar ou desligar um conjunto 
inteiro de genes de uma só vez.
9Transformação gênica: métodos de transferência de DNA
Esse sistema tem sido considerado uma das principais ferramentas para 
edição do genoma na área de biotecnologia. Essa tecnologia tem sido ampla-
mente estudada para o uso em tratamento de doenças genéticas, em razão do 
sucesso na correção de gene da hemoglobina envolvido na anemia falciforme 
(BATISTA, 2018).
Entenda como é a criação e a produção de animais transgênicos e nocautes por meio 
da introdução genética:
https://goo.gl/TRRz3W
Um exemplo de transformação gênica é o de que as células transformadas carregando 
o transgene de interesse conseguem regenerar plantas completas, que apresentam 
a nova característica conferida pelo transgene (REECE et al., 2015). Outro exemplo é 
o da cabra transgênica, que carrega um gene de uma proteína do sangue humano, 
a antitrombina, e a secreta no seu leite. Pacientes que apresentam uma rara doença 
hereditária, na qual a proteína não está presente, apresentam formação de coágulos 
sanguíneos nos vasos. A partir dos leites das cabras transgênicas, essa proteína é 
facilmente purificada e é utilizada para prevenir coágulos sanguíneos nesses pacientes 
durante cirurgias e partos (REECE et al., 2015).
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.
BATISTA, B. Biologia molecular e biotecnologia. Porto Alegre: SAGAH, 2018.
BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética humana. 3. ed. Porto Alegre: Art-
med, 2013. 
COOPER, G. M.; HAUSMAN, R. E. A célula: uma abordagem molecular. 3. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2008.
Transformação gênica: métodos de transferência de DNA10
GONCALVES, G. A. R.; PAIVA, R. M. A. Terapia gênica: avanços, desafios e perspectivas. 
Einstein (São Paulo), v. 15, n. 3, p. 369-375, set. 2017. Disponível em: <http://www.scielo.
br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1679-45082017000300369&lng=en&nrm=iso>. 
Acesso em: 12 nov. 2018.
HARTL, D. L.; CLARK, A. G. Princípios de genética de populações. 4. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2011.
KASPER, D. et al. Medicina interna de Harrison.19. ed. Porto Alegre: Penso, 2018. 2 v.
KLUG, W. S. et al. Conceitos de genética. 9. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. 
LINCOLN, T. et al. Fisiologia e desenvolvimento vegetal. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2018.
NARDI, N. B.; TEIXEIRA, L. A. K.; SILVA, E. F. A. Terapia gênica. Ciência e saúde coletiva, v. 
7, n. 1, p. 109-116, 2002. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_
arttext&pid=S1413-81232002000100010&lng=en&nrm=iso>. Acesso em: 12 nov. 2018.
RODWELL, V. W. et al. Bioquímica Ilustrada de Harper. 30. ed. Porto Alegre: Penso, 2018.
SARTORETTO, L. M.; SALDANHA, C. W.; CORDER, M. P. M. Transformação genética: es-
tratégias e aplicações para o melhoramento genético de espécies florestais. Ciência 
Rural, v. 38, n. 3, p. 861-871, jun. 2008. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.
php?script=sci_arttext&pid=S0103-84782008000300046&lng=en&nrm=iso>. Acesso 
em: 12 nov. 2018. 
STRACHAN, T.; READ, A. Genética molecular humana. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. 
VOET, D.; VOET, J. G. Bioquímica. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2013. 
Leituras recomendadas
ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. 
REECE, J. B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. 
WATSON, J. D. et al. Biologia molecular do gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.
WIENER, C. M. et al. Medicina interna de Harrison: preparação para provas e concursos. 
19. ed. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2018.
11Transformação gênica: métodos de transferência de DNA
Conteúdo:
Dica do professor
Os CRISPRs fazem parte do sistema imune bacteriano, defendendo as bactérias contra vírus 
invasores. O sistema pode ser considerado como uma "memória genética" capaz de ajudar a célula 
a detectar e destruir invasores (“bacteriófagos” ou "fagos") quando eles tornarem a atacar. 
O sistema CRISPR pode ser programado para atingir trechos específicos de código genético e, 
assim, editar o DNA em locais precisos, visando a propósitos bem definidos, como para novas 
ferramentas de diagnóstico ou tratamento de doenças.
Essa tecnologia é considerada uma das mais modernas conquistas biotecnológicas e, por meio 
desse sistema, os cientistas podem modificar permanentemente genes em células e organismos 
vivos. Talvez permear a correção de mutações em locais específicos do genoma humano, com o 
propósito de tratar as causas genéticas das doenças.
Conheça mais sobre essa inovação da biotecnologia na Dica do Professor.
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Na prática
O sonho dos agricultores por muito tempo era o de obter sementes de milho perfeitas que 
pudessem resistir a herbicidas e pragas. Por meio da engenharia genética esse sonho tornou-se 
possível. 
A tecnologia do DNA recombinante é a manipulação do DNA de um organismo. As bactérias, por 
exemplo, conseguem gerar uma ponte para a célula da planta e, no processo, transferir seu próprio 
DNA para o genoma da planta. A ciência também tornou capaz desativar o gene bacteriano e usar a 
bactéria para inserir um gene interessante diferente.
Neste Na Prática, você vai acompanhar desde o processo de seleção até a transformação de uma 
planta manipulada geneticamente, por meio do processo de transferência genética, para criar pés 
de milho resistentes a pragas.
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Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
10 coisas incríveis que a CRISPR nos proporcionou em 2017
Entenda mais sobre uma das melhores descobertas da biotecnologia, a CRISPR, sistema que atua 
como ferramenta molecular para “recortar e colar” o DNA.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
Técnica que altera DNA vira esperança no combate a doenças 
genéticas
Leia na reportagem a seguir como o CRISPR está abrindo a possibilidade de se desfazer ou silenciar 
mutações relacionadas a doenças.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
Laboratório, campo e mesa
Leia nesta reportagem como o Centro Sylvio Moreira, em Cordeirópolis, alia pesquisa, acervo de 
variedades e melhorias na produção de frutas cítricas
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
http://profissaobiotec.com.br/10-coisas-incriveis-que-crispr-nos-proporcionou-ate-agora-em-2017/
https://istoe.com.br/tecnica-que-altera-dna-vira-esperanca-no-combate-a-doencas-geneticas/
http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/09/19/laboratorio-campo-e-mesa/