Biotecnologia Clonagem de DNA e Fungos

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Motivação para estudar / Clóvis de Barros Filho
https://www.youtube.com/watch?v=TRPBY_lxJfE&ab_channel=RevistaINSPIRE-C 
REVISÃO DA ÚLTIMA AULA
SISTEMÁTICA/TAXONOMIA
A estrutura das bactérias
Esquema da célula bacteriana
Cerdas
Parede
Membrana
plasmática
Ribossomos
Flagelos
X SAIR
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Professor: bactérias são seres unicelulares procarióticos que podem viver isolados ou reunidos em agrupamentos com formas típicas, que variam entre as espécies. Observe na imagem, em A, bactéria representada com uma parte removida, para mostrar seu interior. Observe, em B, o “motor” presente na base de um flagelo. Em C, esquema do deslocamento de uma bactéria impulsionada pelos flagelos.
Muitos procariontes têm plasmídeos , que são pequenos anéis de DNA extra-cromossômicos ("fora do cromossomo") de cadeia dupla. Os plasmídeos transportam um pequeno número de genes não essenciais, e são copiados dentro da célula, independentemente do cromossomo. Eles podem ser transferidos para outros procariontes de uma população, às vezes espalhando os genes que são benéficos para a sobrevivência.
Quanto à coloração de GRAM
Podem ser gram positivas se forem coradas em roxo ou gram negativas se forem coradas em vermelho.
Temos uma espessa camada de peptideoglicano nas bactérias Gram-positivas, o que confere a essas bactérias o potencial de reter o corante roxo.
Biotecnologia
Bactérias e biotecnologia
Importância
 Ecológica
 Decomposição
 Ciclo do nitrogênio
 Fotossíntese (cianobactérias)
 Médica
 Causam doenças.
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Clonagem de DNA
é uma técnica da biologia molecular para fazer muitas cópias idênticas de um pedaço de DNA, “como se fosse um gene”.
O plasmídeo é introduzido em bactérias através de um processo chamado transformação, e bactérias portadoras do plasmídeo são selecionadas utilizando-se antibióticos.
Bactérias com o plasmídeo correto são utilizadas para produzirem mais DNA do plasmídeo ou, em alguns casos, induzidas a expressar o gene e produzir proteína.
Em um experimento de clonagem, um gene alvo é inserido num pedaço circular de DNA chamado do plasmídeo.
DNA de interesse (talvez um gene para uma proteína humana de interesse médico) é primeiramente inserido numa peça circular de DNA chamada plasmídeo. A inserção é feita utilizando-se enzimas que “cortam e colam” DNA, e produz uma molécula de DNA recombinante, ou seja, DNA montado a partir de fragmentos de várias fontes.
Em seguida o plasmídeo recombinante é introduzido em bactérias. As bactérias contendo plasmídeo são selecionadas e cultivadas. Conforme elas se reproduzem, replicam o plasmídeo e o transmitem para seus descendentes, produzindo cópias do DNA que ele contém.
1. Cortando e colando DNA
Como pedaços de DNA de diferentes fontes podem ser unidos? Um método comum utiliza dois tipos de enzimas: enzimas de restrição e DNA ligase(Abre em uma nova janela).
Na replicação de DNA, o trabalho das ligases é unir fragmentos de DNA recém sintetizados para formar uma fita sem emenda. As ligases usadas na clonagem de DNA fazem basicamente a mesma coisa. Se dois pedaços de DNA tiverem terminações complementares, a DNA ligase pode juntá-las para fazer uma molécula intacta.
O plasmídeo, que tem um único local de corte.
O fragmento do gene alvo, que tem um sítio de restrição (de corte) próximo a cada extremidade
Então, combinamos os fragmentos com DNA ligase, que os une para fazer um plasmídeo recombinante contendo o gene.
2. Transformação e seleção bacteriana
Seleção bacteriana
3. Produção de proteína
As bactérias servem como mini "fábricas," produzindo grandes quantidades de proteína. Por exemplo, se nosso plasmídeo continha o gene da insulina humana, as bactérias começariam a transcrição do gene e a tradução do RNAm para produzir muitas moléculas da proteína insulina humana.
a proteína alvo deve ser purificada, ou separada dos outros conteúdos das células por técnicas bioquímicas. A proteína purificada pode ser usada para experimentos ou, no caso de insulina, administrada aos pacientes.
São transgênicos os organismos que passam pelo processo de modificação genética, ou seja, são organismos que contêm genes de outra espécie que foram inseridos via procedimentos através da engenharia genética.
Esse processo visa: incluir no material genético de um indivíduo um gene externo que auxiliará na melhora de algum processo, como o aumento da produtividade de uma planta, a diminuição da suscetibilidade a diversas pragas e a produção de substâncias que o organismo original não produzia. 
TRANSGENIA
ENEM Digital 2° Dia 2020- Uma nova e revolucionária técnica foi desenvolvida para a edição de genomas. O mecanismo consiste em um sistema de reconhecimento do sítio onde haverá a mudança do gene combinado com um mecanismo de corte e reparo do DNA. Assim, após o reconhecimento do local onde será realizada a edição, uma nuclease corta as duas fitas de DNA. Uma vez cortadas, mecanismos de reparação do genoma tendem a juntar as fitas novamente, e nesse processo um pedaço de DNA pode ser removido, adicionado ou até mesmo trocado por outro pedaço de DNA.
Nesse contexto, uma aplicação biotecnológica dessa técnica envolveria o(a)
 a)diagnóstico de doenças.
 b)identificação de proteínas.
 c)rearranjo de cromossomos.
 d)modificação do código genético.
 e)correção de distúrbios genéticos.
Resposta E 
A edição gênica é uma técnica que permite a alteração da sequência de DNA, seja corrigindo genes mutados ou mesmo induzindo mutações. Assim, a tecnologia tem a premissa de poder corrigir distúrbios genéticos.
(Enem 2015)
A palavra "biotecnologia" surgiu no século XX, quando o cientista Herbert Boyer introduziu a informação responsável pela fabricação da insulina humana em uma bactéria, para que ela passasse a produzir a substância.
Disponível em: www.brasil.gov.br. Acesso em: 28 jul. 2012 (adaptado).
As bactérias modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir insulina humana porque receberam:
A) a sequência de DNA codificante de insulina humana.
B) a proteína sintetizada por células humanas.
C) um RNA recombinante de insulina humana.
D) o RNA mensageiro de insulina humana.
E) um cromossomo da espécie humana.
Resposta A
Ao receber a sequência de DNA codificante da insulina humana, as bactérias transgênicas modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir o hormônio humano que regula a glicemia.
FUVEST 2021- Uma variedade de milho (Milho Bt) foi modificada com a inserção de genes da bactéria Bacillus thuringiensis, que produzem proteínas Cry, tóxicas para insetos como as lagartas que atacam suas lavouras. Essas proteínas bloqueiam o trato digestório dos insetos, levando-os à morte. Em aves e mamíferos que também se alimentam de milho, as proteínas Cry são inativadas durante a digestão ácida, perdendo sua ação sobre esses animais.
A alternativa que indica corretamente um aspecto positivo e um negativo dos efeitos desta modificação genética do milho para o ser humano é:
Resposta E
A inserção do gene Cry garantirá à lavoura uma maior proteção contra insetos e pragas, resultando em aumento da produtividade. No entanto, através da seleção natural, há o risco de surgimento de espécies de lagartas resistentes à proteína.
ENEM 2° Dia 2020- Instituições acadêmicas e de pesquisa no mundo estão inserindo genes em genomas de plantas que possam codificar produtos de interesse farmacológico. No Brasil, esta sendo desenvolvida uma variedade de soja com um viricida ou microbicida capaz de prevenir a contaminação pelo vírus causador da aids. Essa leguminosa está sendo induzida a produzir a enzima cianovirina-N, que tem eficiência comprovada contra o vírus.
OLIVEIRA. M Remédio na planta. Pesquisa Fapesp, n 206. abr 2013
A técnica para gerar essa leguminosa é um exemplo de
 a)hibridismo.
 b)transgenia.
 c)conjugação.
 d)terapia gênica.
 e)melhoramento genético.
Resposta B
A produção da enzima cianovirina pela soja depende da inserção de genes oriundos de outra espécie – como essa inserção é feita através da engenharia genética, o procedimentotrata-se da confecção de um transgênico.
HIBRIDISMO- Consiste na técnica de cruzar dois indivíduos de espécies diferentes formando um novo indivíduo que vai ser híbrido
TRANSGENIA- Transferência de material genético de uma espécie (A) para uma (B), com o objetivo de modificar alguma característica de interesse na (B), tornando-a mais adequada ao interesse humano.
CONJUGAÇÃO- é o processo sexual de transferência de genes de uma bactéria doadora para uma receptora. Para que uma linhagem bacteriana seja doadora ela deve conter um plasmídio conjugativo (elemento extracromossômico).
TERAPIA GÊNICA- Terapia gênica é o tratamento baseado na introdução de genes sadios com uso de técnicas de DNA recombinante. O primeiro teste clínico bem-sucedido dessa técnica foi divulgado em 1990.
MELHORAMENTO GENÉTICO - Selecionar e aprimorar as qualidades das espécies de acordo com a necessidade humana, esse conceito comporta todas as engenharias genéticas
ENEM Digital 2° Dia 2020 - Em 2012, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) divulgou sua intenção de trabalhar na clonagem de espécies ameaçadas de extinção no Brasil, como é ocaso do lobo-guará, da onça-pintada e do veado-catingueiro. Para tal, células desses animais seriam coletadas e mantidas em bancos de germoplasma para posterior uso. Dessas células seriam retirados os núcleos e inseridos em óvulos anucleados. Após um desenvolvimento inicial in vitro, os embriões seriam transferidos para úteros de fêmeas da mesma espécie. Coma técnica da clonagem, espera-se contribuir para a conservação da fauna do Cerrado e, se der certo, essa aplicação pode expandir-se para outros biomas brasileiros.
Disponível em: www.bbc.co.uk. Acesso em: 8 mar. 2013 (adaptado).
A limitação dessa técnica no que se refere à conservação de espécies é que ela
a)gera clones haploides inférteis.
b)aumenta a possibilidade de mutantes.
c)leva a uma diminuição da variabilidade genética.
d)acarreta numa perda completa da variabilidade fenotípica.
 e)amplia o número de indivíduos sem capacidade de realizar diferenciação celular.
Resposta C
A clonagem tem como característica a formação de indivíduos geneticamente idênticos àquele doador de germoplasta, o que reduz a variabilidade genética da população.
Diferenciação celular
Células tronco
Principais Bacterioses e seus agentes etiológicos
Doença
Tuberculose
Agente etiológico
Mycobacterium tuberculosis
Contaminação
Ar (saliva)
Sintomas
tosse com secreção, febre, cansaço
Pneumonia Streptococcus pneumoniae Ar (saliva) Tosse, febre, dor no peito
Hanseníase Mycobacterium leprae Ar (saliva) supressão da sensação térmica e dor, mancha no corpo
Meningite Neisseria meningitidis Ar (saliva) forte dor de cabeça e rigidez de nuca associados à febre
alta, confusão mental
Coqueluche Bordetella pertussis Ar (saliva) Tosse com catarro
Tétano Clostridium tetani Objetos enferrujados espasmos musculares
Leptospirose Leptospira interrogans Urina do rato Febre de início abrupto, dores de cabeça, tosse seca, falta
de ar, dores musculares
Sífilis Treponema pallidum DST úlcera na pele, erupção cutânea difusa
PUC-SP 2020- Historicamente conhecida como lepra, a hanseníase é uma doença cujo número de casos registrados no Brasil voltou a crescer, após uma década de declínio, como pode ser observado no gráfico a seguir:
Uma possível explicação para o aumento do número de casos observado no gráfico seria
 a)a proliferação incontrolável de vetores nas cidades.
b)a mudança nos hábitos alimentares dos brasileiros.
c)a resistência bacteriana aos antibióticos usados no tratamento.
d)a falta do uso de preservativos em relações sexuais.
Resposta C
O aumento no número de casos da doença sugere que o uso de antibióticos durante os últimos anos possa ter selecionado cepas bacterianas previamente resistentes, as quais agora possuem maior resistência e levam a um aumento no número de casos.
Reino Fungi
THE BRIDGEMAN/KEYSTONE
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Fungos
 Unicelulares ou pluricelulares
 Eucariontes
 Hifas têm parede celular (celulose ou quitina). (A quitina oferece proteção, suporte e sustentação)
 Heterótrofos
 Mutualistas (relação harmônica interespecífica em que duas espécies se associam e se beneficiam dessa interação)
 Saprófagos (animais que se alimentam de restos orgânicos (plantas ou, animais mortos)
 Parasitas 
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Durante os processos de reprodução sexuada de muitas espécies de fungo, formam-se hifas especiais, que crescem em agrupamentos compactos e constituem os corpos de frutificação, dos quais cogumelos e orelhas-de-pau são os exemplos mais conhecidos.
Na maioria dos fungos, as hifas são septadas. Os micélios primários, resultantes da germinação dos esporos, têm hifas monocarióticas (um só núcleo por célula). A união sexual de micélios primários origina hifas dicarióticas (células com dois núcleos), como as que ocorrem nos cogumelos. 
Classificação dos fungos (reino Fungi) adotada neste material
	Filo	Características principais
	Chytridiomycota	Unicelulares ou filamentosos (hifas cenocíticas). Apresentam flagelos em algum estágio do ciclo de vida. Ex.: Phytophthora infestans, causador de uma doença em batatas.
	Zygomycota	Hifas cenocíticas. Formam esporos sexuados chamados zigósporos. Sem corpo de frutificação. Ex.: Rhizopus nigricans, um bolor negro do pão.
	Ascomycota	Hifas septadas. Formam esporos sexuados chamados ascósporos, em hifas especializadas chamadas ascos. Algumas espécies formam corpo de frutificação (ascocarpo ou ascoma). Ex.: Saccharomyces cerevisae (fermento de padaria ou levedo de cerveja).
	Basidiomycota	Hifas septadas. Formam esporos sexuados chamados basidiósporos, em hifas especializadas chamadas basídios. Algumas espécies formam corpo de frutificação (basidiocarpo ou cogumelo). Ex.: Agaricus sp. (champignon).
	Deuteromycota	Reúne fungos sem classificação definida, nos quais não se conhecem processos sexuais de reprodução.
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Como nenhum outro grupo de fungos possui flagelos, somente o filo Chytridiomycota, alguns biólogos sugerem sua retirada dos quitridiomicetos do reino Fungi. A presença de flagelos também leva alguns autores a denominar esses organismos mastigomicetos.
Em classificações mais antigas, os zigomicetos eram chamados de ficomicetos, por se considerar que eram parecidos com algas.
Principais grupos de fungos
Filo Chytridiomycota
(quitridiomicetos ou mastigomicetos):
 Maioria aquáticos
 Apresentam flagelos em algum estágio do ciclo de vida.
Filo Zygomycota (zigomicetos):
 Não formam corpos de frutificação.
 Multicelulares
 Alguns parasitam protozoários,
 vermes e insetos, outros têm vida livre.
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Professor: como nenhum outro grupo de fungos possui flagelos, somente o filo Chytridiomycota, alguns biólogos sugerem sua retirada dos quitridiomicetos do reino Fungi. A presença de flagelos também leva alguns autores a denominar esses organismos mastigomicetos.
Em classificações mais antigas, os zigomicetos eram chamados de ficomicetos, por se considerar que eram parecidos com algas.
Filo Ascomycota (ascomicetos)
 Metade de todas as espécies de fungo
 Forma ascos (células em forma de saco)
 que produzem ascósporos (esporos sexuais).
Morhella esculenta
THOMAS MARENT/MINDENPICTURES/LATINSTOCK
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Filo Basidiomycota (basidiomicetos)
 Formam, no ciclo sexuado, os basídios,
 onde se originam os basidiósporos. 
 Alguns formam basidiocarpos ou basidiomas,
 ou cogumelos.
Basidiomiceto Agaricus campestris, ou champignons
FABIO COLOMBINI
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Professor: os cogumelos são corpos de frutificação.
 Filo Deuteromycota (deuteromicetos)
Espécies de fungo que aguardam melhor classificação.	
	
Candida albicans
EYE OF SCIENCE/SPL/LATINSTOCK
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Professor: os deuteromicetos são umacategoria de classificação.
Filo Zygomycota (zigomicetos)
Fruta com fungos Zigomicetos se desenvolvendo.
Reprodução nos fungos
Micrografia de levedura em brotamento. 
 Reprodução
 assexuada
 Fragmentação:
 origem de micélios
 Gemulação
 (ou brotamento): 
 formação do broto
 Esporulação: 
 esporos
DAVID SCHARF/SPL/LATINSTOCK
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A meiose é o processo de divisão das células especializadas na reprodução: os gametas. Estas células estão envolvidas com a reprodução sexuada
A mitose é um processo de divisão celular contínuo em células eucarióticas, onde uma célula dá origem a duas outras células idênticas e com o mesmo número de cromossomos porque antes da divisão mitótica o material genético da célula (nos cromossomos) é duplicado.
No ciclo sexuado de ascomicetos e basidiomicetos são formados corpos de frutificação. Os micélios vegetativos são haploides e a meiose ocorre no zigoto (meiose zigótica), levando à produção de esporos haploides. Esse tipo de ciclo é denominado haplobionte haplonte.
Faz parte de um ciclo de vida em que o zigoto é a única célula que se divide através de meiose. As quatro células haplóides formadas após a meiose zigótica se dividem por mitose, produzindo mais células haplóides ou um indivíduo multicelular que dá origem a gametas também através de divisões mitóticas.
Ciclo haplobionte haplonte.
Reprodução nos fungos
Reprodução sexuada
Ciclo reprodutivo sexuado de ascomicetos e basidiomicetos
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Professor: no ciclo sexuado de ascomicetos e basidiomicetos são formados corpos de frutificação. Os micélios vegetativos são haploides e a meiose ocorre no zigoto (meiose zigótica), levando à produção de esporos haploides. Esse tipo de ciclo é denominado haplobionte haplonte.
Importância
dos fungos
Ecológica
 Decomposição
 Mutualistas
 (micorrizas, liquens)
Biotecnológica
 Alimentação
 (Champignon, morchella, 
 Sacharomyces cereviseae, 
 Penicillium roquefortii, 
 Penicillium camembertii)
 Parasitas
As “veias” azuladas do queijo tipo gorgonzola se devem ao crescimento de um fungo do gênero Penicillium.
ROSENFELD/MAURITUS/LATINSTOCK
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Micorrizas são associações entre certos fungos e raízes de determinadas plantas. As raízes com micorrizas se desenvolvem melhor do que as que não têm fungos associados.
Liquens 
Liquens são associações mutualísticas entre certas espécies de fungo e de alga, ou entre fungos e cianobactérias. Os tipos de fungos mais comuns nessas associações são os ascomicetos. A associação entre o fungo e a alga (ou cianobactéria) permite que os liquens habitem locais onde nem algas nem fungos poderiam viver separadamente.
Associações mutualísticas de fungos e outros seres vivos
Líquen folhoso
Líquen incrustante
FABIO COLOMBINI
FABIO COLOMBINI
4 Fungos
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Professor: liquens são associações mutualísticas entre certas espécies de fungo e de alga, ou entre fungos e cianobactérias. Os tipos de fungos mais comuns nessas associações são os ascomicetos. A associação entre o fungo e a alga (ou cianobactéria) permite que os liquens habitem locais onde nem algas nem fungos poderiam viver separadamente.
Fuvest 2018 - No grupo dos fungos, são conhecidas perto de 100 mil espécies. Esse grupo tão diverso inclui espécies que
 a)são sapróbias, fundamentais na ciclagem dos nutrientes, pois sintetizam açúcares a partir do dióxido de carbono do ar.
 b)são parasitas, procariontes heterotróficos que absorvem compostos orgânicos produzidos pelos organismos hospedeiros.
c)são comestíveis, pertencentes a um grupo de fungos primitivos que não formam corpos de frutificação.
d)formam, com as raízes de plantas, associações chamadas micorrizas, mutuamente benéficas, pela troca de nutrientes.
e)realizam respiração, na presença de oxigênio, e fotossíntese, na ausência desse gás, sendo, portanto, anaeróbias facultativas.
Resposta D
Certas espécies de fungos se associam com raízes de plantas formando as micorrizas. São associações
harmônicas, interespecíficas com benefício mútuo entre os indivíduos envolvidos, pela troca de nutrientes
UNESP 2018- A amônia (NH3) é obtida industrialmente pelo processo Haber-Bosch, que consiste na reação química entre o gás nitrogênio proveniente do ar e o gás hidrogênio. O processo ocorre em temperaturas superiores a 500 ºC e pressões maiores que 200 atm e pode ser representado pela equação química:
A amônia produzida por esse processo tem como uma de suas aplicações a fabricação de fertilizantes para o aumento da produção agrícola. Na natureza, a amônia também é produzida tendo o ar como fonte de gás nitrogênio, que é assimilado
 a)pelo micélio dos fungos filamentosos.
 b)pela respiração dos animais invertebrados que vivem no solo.
 c)por bactérias no solo e nas raízes de leguminosas.
 d)pelo processo de fotossíntese realizado por plantas e algas.
 e)pela decomposição dos tecidos dos seres vivos.
As bactérias do gênero Rhizobium associam-se com raízes de plantas leguminosas e reduzem o N2 da atmosfera até amônia (NH3) ou íon amônio (NH4+).
Esse fenômeno também ocorre em bactérias que vivem livres no solo.
Resposta C