Genética molecular e o dogma central da biologia molecular

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Genética molecular e o dogma central da
biologia molecular
Prof.ª Rayane Nogueira Alves Macedo
Descrição
Estudo da genética molecular e o dogma central da biologia molecular, que explica o processo de replicação,
transcrição e tradução da informação genética. O uso de novas tecnologias em recombinação gênica, clonagem e
transgênicos.
Propósito
Conhecer a genética molecular e os processos replicação do DNA, transcrição do DNA em RNA e tradução do RNA
para síntese de proteínas; as aplicações da genética molecular e tecnologias empregadas nas análises de DNA –
clonagem e transgênicos.
Objetivos
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Módulo 1
Replicação, transcrição e tradução da informação
genética
Identificar processos básicos em genética molecular, a replicação, transcrição e tradução da informação
genética.
Módulo 2
Tecnologias para análise de DNA e suas aplicações
Reconhecer as tecnologias para análise de DNA e suas aplicações.
Módulo 3
Tecnologia do DNA recombinante e clonagem
Compreender a tecnologia do DNA recombinante e a clonagem.
Módulo 4
Transformação genética e transgênicos
Descrever a transformação genética e o uso dos transgênicos.
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Introdução
Neste conteúdo, estudaremos as bases da genética molecular e o dogma central da biologia molecular, que explica
os mecanismos de replicação do DNA, transcrição do DNA em RNA e tradução do RNA em proteínas, ou seja,
explica como a informação genética é replicada, transcrita e traduzida em proteínas. É importante entendermos
esse processo, pois dele depende a manutenção da vida na Terra, ou seja, a manutenção de todos os seres vivos. É
no DNA do ser vivo que está guardada toda a informação genética que precisa para se manter desempenhando
suas funções vitais.
Aprenderemos também sobre as tecnologias usadas atualmente para a análise de DNA, por exemplo, a tecnologia
do DNA recombinante. Estudaremos a clonagem a nível molecular e a transformação gênica, assim como seu
emprego no ramo da Biotecnologia e sua aplicação em plantas e animais.
1 - Replicação, transcrição e tradução da
informação genética
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car processos básicos
em genética molecular, a replicação, transcrição e tradução da
informação genética.
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Replicação do DNA
O núcleo é responsável pelo controle da célula, pois lá estão localizados os ácidos nucleicos que são constituídos
por um conjunto de nucleotídeos. Os ácidos nucleicos contêm informações genéticas e são classificados de
acordo com sua estrutura química em desoxirribonucleicos (DNA) e ribonucleicos (RNA). Vamos relembrar a
estrutura dos nucleotídeos:
Grupo fosfato + açúcar pentose + base nitrogenada
A imagem a seguir ilustra a estrutura do nucleotídeo:
Estrutura do nucleotídeo.
Veja as diferenças entre DNA e RNA:
Nucleotídeos do DNA
São formados por açúcar desoxirribose; as bases nitrogenadas podem ser adenina, guanina, citosina e
timina.
Nucleotídeos do RNA
São formados por açúcar ribose; as bases nitrogenadas podem ser adenina, guanina, citosina e uracila.
Somente a partir do conhecimento do DNA e RNA, sua estrutura e características, foi possível entender o
mecanismo de transmissão de informação genética da célula-mãe para as células-filhas.
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Agora, vamos focar na molécula de DNA!
A molécula de DNA é formada por uma estrutura helicoidal em dupla hélice, composta por duas cadeias
nucleotídicas, que são mantidas unidas por ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas.
Essas duas cadeias que compõem a dupla hélice são complementares, ou seja, se em uma cadeia está presente
uma adenina, na mesma posição da outra cadeia terá uma timina, e vice-versa. Se em uma cadeia está presente
uma guanina, então, na mesma posição da outra cadeia terá uma citosina, e vice-versa.
Atenção!
É importante lembrar que não existe a base uracila no DNA, apenas no RNA.
Como mencionado, os pares de bases nitrogenadas são unidos entre si por ligações de hidrogênio: a adenina e a
timina formam duas ligações entre si, enquanto a guanina e a citosina formam três ligações. Veja na imagem
abaixo:
Estrutura do DNA demonstrando suas bases nitrogenadas com seus respectivos pares, e as ligações de hidrogênio as mantêm unidas.
Para a formação da molécula de DNA, é necessária a união entre os nucleotídeos por meio de ligações covalentes,
que ocorrem da seguinte maneira: o grupo hidroxila do carbono-3 da pentose, pertencente ao primeiro nucleotídeo,
liga-se ao grupo fosfato, que se encontra ligado à hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeo, por
meio de ligações fosfodiéster. Por isso, a formação do DNA é direcionada sempre na direção de 5’-3’, já que, em
uma extremidade, está disponível a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e, na outra extremidade, está livre a
hidroxila do carbono-3 da última pentose.
Hidroxila
Grupo funcional presente nos hidróxidos, formado por um átomo de hidrogênio e um oxigênio.
Pentose
Carboidrato cuja molécula é formada por cinco carbonos.
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Estrutura do DNA e suas ligações covalentes.
Para que as células se dividam e as células filhas permaneçam com a mesma informação genética da célula mãe,
a molécula de DNA passa por replicação ou duplicação.
Em outras palavras, o DNA se autoduplica e isso ocorre por meio de um processo semiconservativo, no qual cada
molécula de DNA recém-formada é exatamente igual à molécula de DNA que a originou, ou seja, a nova fita de DNA
é complementar à fita de DNA que serviu de molde.
O processo de replicação é semiconservativo por conservar metade da fita de DNA original em cada fita nova produzida.
Esse processo é imprescindível, entenda:
A replicação do DNA ocorre durante a fase S da intérfase (etapa da divisão celular). Tem
grande importância para transmissão do material genético para gerações futuras.
A replicação do DNA se inicia com a enzima helicase, que é responsável pela separação das duas fitas de DNA, ou
seja, promove o rompimento da dupla hélice, formando duas fitas simples de DNA, o que resulta em uma forma de
Y, denominada forquilha da replicação. Em seguida, a enzima DNA-polimerase usa as fitas separadas como molde,
pois, com os nucleotídeos das fitas expostos, são adicionados nucleotídeos complementares a cada uma dessas
duas fitas, resultando em novas fitas complementares. Com isso, ao final do processo, temos duas novas fitas e
cada dupla hélice filha possui uma fita intacta do seu genitor.
Para evitar que as fitas se liguem novamente, as proteínas ligantes de fita simples (SSB), se encarregam de deixar
livres os nucleotídeos das fitas de DNA que acabaram de se separar (na região da forquilha da replicação) para que
novos nucleotídeos dispersos no nucleoplasma se liguem e formem a nova fita complementar.
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Ilustração de uma molécula de DNA no início de replicação do DNA.
A síntese de DNA sempre ocorre na direção 5’-3’, porque a enzima DNA-polimerase age apenas em hidroxila de
extremidade 3’ livre, iniciando o processo de adicionaros nucleotídeos por essa extremidade. Portanto, a forma de
complementar o segundo filamento ocorre de maneira diferente, de modo oposto e descontinuamente. Então,
enquanto a fita principal (fita líder ou contínua) é sintetizada de forma contínua e “para a frente”, a fita tardia ou
descontínua é sintetizada a partir de fragmentos curtos e em sentido contrário à fita principal, os fragmentos de
Okazaki (trechos de novos DNA para a fita tardia). As lacunas entre os fragmentos são, posteriormente, ligadas
pela enzima DNA ligase. Isso transforma a fita tardia em uma fita contínua.
Esquematização de como ocorre a replicação do DNA.
Nos eucariotos, devido à forma linear da molécula do DNA, o início da replicação pode ocorrer em um ou diversos
pontos, onde o DNA está desenrolado, em pontos denominados origens de replicação. As regiões de origem de
replicação caracterizam-se por serem ricas em A-T (adenina ligada à timina). Já a terminação da replicação em
eucariotos ocorre na região dos telômeros, extremidade dos cromossomos, caracterizada pela presença de
sequências repetitivas de nucleotídeos.
Ao fim da replicação, haverá duas moléculas de DNA exatamente iguais, cada uma
apresentando uma fita nova e uma antiga pertencente à molécula original.
Por que a replicação do DNA é tão
importante?
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A replicação do DNA ocorre cada vez que uma célula do organismo se divide. É um processo que deve ser muito
preciso, para que não ocorram erros no momento da adição dos nucleotídeos e a nova fita de DNA seja idêntica à
fita molde. Apesar disso, a existência de erros é comum, mas as células possuem mecanismos de controle para
eliminar os erros: trata-se das verificações e dos reparos do DNA.
As polimerases, por exemplo, fazem um trabalho de revisão do pareamento das bases nitrogenadas. Se, após a
formação da molécula de DNA, ainda houver alguma base mal pareada, ela será substituída pelo reparo por mal
pareamento. Porém, se caso o DNA seja danificado, outros mecanismos podem fazer o seu reparo: química
reversa, reparo de excisão e reparo de quebras de fita dupla, são exemplos. Ainda, a célula pode entrar em
processo de morte programada (apoptose) em alguns casos, de forma que o DNA danificado não seja transmitido
a novas células que serão formadas.
Transcrição do DNA em RNA
A transcrição é o processo de formação de uma molécula de RNA a partir de uma molécula de DNA. Em outras
palavras, um gene da sequência de DNA é transcrito em uma molécula de RNA, que levará, por sua vez, à síntese de
uma proteína. O RNA é uma molécula de fita simples e é produzida a partir trechos específicos contidos no DNA,
que são chamados de genes.
Saiba mais
A transcrição ocorre durante a fase intérfase do ciclo celular. É importante porque, por meio dela, ocorre a
transferência de informação genética contida no DNA para o RNA para que possa ocorrer a síntese de proteínas,
conforme as necessidades da célula. Nos eucariotos, a transcrição ocorre no núcleo da célula.
Na transcrição, a enzima RNA-polimerase se fixa na região promotora de uma das fitas de DNA (fita molde), no
trecho com o gene a ser transcrito, para dar início à produção da fita de RNA, promovendo o pareamento de bases.
Assim como o DNA, a fita de RNA também é formada na direção 5’-3’. Quando a RNA-polimerase termina a
transcrição, chegando ao fim do gene, recebe um “sinal” e se separa da fita de DNA.
Diferentemente do DNA, o RNA possui apenas uma fita, e seu tamanho varia de acordo com a proteína que
produzirá, pois esta fita recém-montada recebe o nome de RNA transcrito primário do gene, que é processado e
acaba deixando o núcleo da célula, migrando para o citoplasma. Lá, participará da síntese de proteínas, como RNA
mensageiro (RNAm), durante o processo que chamamos de tradução.
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Transcrição do DNA em RNA.
Conheça as quatro etapas da transcrição:
Início
Etapa em que ocorre a ligação da RNA polimerase ao DNA.
Alongamento
Etapa em que são adicionados nucleotídeos à fita de RNA crescente.
Terminação
Etapa em que ocorre a liberação do RNA e da RNA polimerase.
Maturação
Etapa em que ocorrem os reparos na cadeia de RNA, sendo posterior à transcrição.
A imagem a seguir ilustra o processo de transcrição:
Transcrição.
Durante a transcrição do DNA para o RNA, são transcritos trechos que serão traduzidos posteriormente em
proteínas, denominados éxons; e regiões silenciosas, que não serão transcritas em proteínas, chamadas íntrons.
Os íntrons são excluídos da molécula de RNA durante a etapa de maturação, num processo de reparo chamado
splicing. Após o splicing, a molécula de RNA terá apenas os trechos éxons, que são traduzidos em proteínas.
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Em resumo, no decorrer do processo, o RNA que é produzido a partir do DNA é classificado como transcrito
primário, mas ainda dentro do núcleo. Após o processo de maturação, os íntrons são descartados por clivagem,
sobrando os éxons, que, em seguida, serão unidos, formando o RNAm maduro que dará origem à proteína.
Mecanismo de splicing.
Ainda sobre o splicing, entenda:
Atenção!
Em bactérias, não há a etapa de splicing. Ao chegar ao final da transcrição, o RNAm está pronto para ser traduzido.
Tradução do RNA para síntese de proteína
A tradução refere-se ao processo de tradução de uma sequência de nucleotídeos do RNAm em uma sequência de
aminoácidos da proteína. Logo, a tradução é o processo de síntese de proteínas, ou seja, de formação de
proteínas.
A tradução tem a participação conjunta do RNAm, RNAt e ribossomos. Vamos relembrar:
InRNA mensageiro(RNAm)
É sintetizado no núcleo e exportado para o citoplasma, onde tem a função de definir a posição dos aminoácidos na
molécula de proteína com base na sequência de nucleotídeos.
RNA transportador(RNAt)
É sintetizado no núcleo e exportado para o citoplasma, onde tem a função de captar os aminoácidos dispersos e
os conduzir até o sítio de síntese de proteína.
RNA ribossômico(RNAr)
É responsável por formar os ribossomos, fazendo a ligação entre o RNAm e o RNAt na síntese de proteínas.
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A estrutura do ribossomo é composta de:
Estrutura do ribossomo.
Uma proteína é um polipeptídeo constituído por diferentes aminoácidos. Como mencionado, na tradução, a
sequência de nucleotídeos é quem determina a sequência de aminoácidos nas proteínas. Portanto, podemos dizer
que o DNA possui as informações genéticas que são transcritas em RNA para sintetizar as proteínas.
Cada aminoácido é codificado por um códon ou mais. Códons são trincas de bases nitrogenadas consecutivas
localizadas no RNAm, ou seja, o códon presente no RNAm determina o aminoácido que vai entrar na cadeia
proteica e formar a proteína.
Conheça as etapas da tradução:
Início
Fase que atesta a tradução iniciando-se no Códon AUG (grupo de três bases nitrogenadas de RNAm
que indicam o ponto de início), referente ao aminoácido metionina (Met). A Met sempre será o
aminoácido que dará início à tradução, mas não é sempre o primeiro aminoácido da cadeia proteica,
já que, muitas vezes, a Met é removida após a tradução.
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A imagem a seguir ilustra o processo de tradução:
Tradução com as etapas necessárias para que ocorra síntese proteica.
Como ocorre a síntese de proteínas?
Confira agora Mildred Ferreira Medeiros contando como ocorrea síntese de proteínas em células eucariontes.
Alongamento
Fase em que, com o complexo de iniciação da tradução formado sobre o RNAm, acontece a ligação
da subunidade grande do ribossomo, com três locais onde a molécula de RNAt pode se ligar. Nessa
fase de alongamento, o RNAt traz o aminoácido correspondente ao códon seguinte da cadeia,
ligando-se ao ribossomo, enquanto o RNAt de Met é liberado para o citoplasma. Na sequência,
ligações peptídicas são realizadas e se repetem até que todos os códons presentes na molécula de
RNAm sejam “lidos” pelos RNAt, com a adição dos novos aminoácidos. Ocorre, então, o crescimento
da cadeia, por isso o nome fase de alongamento e esta se estende até que se chegue a um dos
códigos de terminação.
Terminação
Fase marcada pelos códons de terminação, que podem ser UAA, UAC, UGA. Esses códons não
codificam aminoácidos nem fazem ligação com o RNAt; em vez disso, eles possuem estrutura para
se ligarem a fatores de liberação de proteínas, fazendo com que a proteína recém-formada seja
considerada completa e se separe do ribossomo.
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O dogma central da biologia molecular
Os processos de replicação, transcrição e tradução que acabamos de estudar definem o
chamado dogma central da biologia molecular, ou seja, explicam o fluxo da informação
genética até a formação da proteína (DNA -> RNA-> proteína).
Postulado por Francis Crick, em 1958, o dogma central da biologia molecular explica tais mecanismos de
transmissão e expressão da informação genética em proteínas, componentes essenciais que atuam nas mais
diversas funções da célula e do organismo, de forma geral.
Replicação, transcrição e tradução. Etapas necessárias para a conversão da informação genética em proteínas e ligadas à hereditariedade.
Você sabe de�nir o código genético?
O código genético relaciona a sequência dos nucleotídeos que constituem o DNA com a sequência de códons do
RNAm e os aminoácidos que constituem as proteínas. Foi elaborado com base nas combinações dos 4
nucleotídeos do RNAm (U, C, A, G), em grupos triplos, obtendo-se 64 combinações, que codificam aminoácidos
específicos.
Atualmente, conhecemos 20 aminoácidos, o que nos leva a concluir que existe mais de um códon para o mesmo
aminoácido. Ou seja, um mesmo aminoácido pode ser traduzido por diferentes códons. Em função disso, dizemos
que o código genético é degenerado (ou redundante).
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U C
U
UUU
UUC
Fenilalanina
(Fen)
UCU
UCC
UCA
UCG
Serina
(Ser)
UUA
UUG
Leucina
(Leu)
C
CUU
CUC
CUA
CUG
Leucina
(Leu)
CUU
CUC
CUA
CUG
Prolina
(Pro)
A
AUU
AUC
AUA
Isoleucina
(Ile)
ACU
ACC
ACA
ACG
Treonina
(Ter)
AUG
Metionina(Met)
Códon de iniciação
G
GUU
GUC
GUA
GUG
Valina(Val)
GUU
GUC
GUA
GUG
Alanina(
Tabela: Códons e respectivos aminoácidos do código genético.
Catarina Moreira / casadasciencias.org
Dogma central da biologia: o que é?
Confira agora o relato de Mildred Ferreira Medeiros sobre o dogma central da biologia molecular.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(UFPE − 2016) O códon corresponde à sequência de três bases do:
Parabéns! A alternativa C está correta.
O códon está localizado na fita de RNA mensageiro e é constituído por três bases nitrogenadas.
Questão 2
(UFScar − 2010) Diz-se que o código genético é “degenerado” porque:
A RNA-transportador.
B RNA-ribossômico.
C RNA-mensageiro.
D RNA-solúvel.
E Ribossomo.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
O código genético é dito degenerado porque o mesmo aminoácido pode ser codificado por mais de um códon.
2 - Tecnologias para análise de DNA e suas
aplicações
A Existe mais de um aminoácido para cada códon.
B Desorganiza-se na velhice.
C Existem códons que não codificam qualquer aminoácido.
D Mais de um códon pode codificar o mesmo aminoácido.
E O código é diferente no DNA e no RNA.
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Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as tecnologias para
análise de DNA e suas aplicações.
Tecnologias para análise de DNA e suas
aplicações
O material genético possui características fundamentais para o entendimento do funcionamento dos organismos
(animais, plantas, fungos, bactérias etc), por isso, é objeto de estudo valioso para as mais diversas abordagens em
genética e biologia molecular.
DNA.
Especificamente as pesquisas focadas no DNA, funcionamento, características e possíveis formas de análises têm
recebido muitos investimentos.
Tais pesquisas têm produzido importantes descobertas que incluem as funções de diversos genes, seus
mecanismos de expressão, sua ligação com doenças, entre outros.
As aplicações práticas das tecnologias que utilizam o DNA hoje em dia são várias. Como exemplo, temos:
Âmbito da saúde
Para a detecção de doenças genéticas ou de predisposição genética para o desenvolvimento de doenças, assim
como para o diagnóstico de doenças causadas por microrganismos, por exemplo.
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Campo judicial
Para a resolução de questões de paternidade (testes de paternidade) e delitos (análises de amostras de DNA
coletadas em cenas de crime).
Muitas das técnicas baseadas na análise do DNA foram desenvolvidas após o Projeto Genoma Humano, estudo no
qual foram efetuadas padronizações sobre o sequenciamento de bases nitrogenadas, propiciando diversos
achados. Logo, podemos dizer que o Projeto Genoma Humano foi precursor para diversas técnicas de uso do DNA,
resultando em uma mudança revolucionária na ciência e servindo como divisor para pesquisas na área biológica
que foram muito além daquelas voltadas para a saúde humana.
Apesar de todas as vantagens da utilização das técnicas de análise de DNA, ainda existem algumas limitações
para que avancemos mais nas pesquisas em genética, tais como:
1. O custo elevado, por requererem tecnologias de ponta e maquinário com valor significativamente alto.
2. O conhecimento avançado e específico que requerem, exigindo tempo longo de estudos, testes e preparação dos
profissionais.
Atualmente, as aplicações das análises de DNA perpassam as questões de saúde e justiça, mas também são
importantes para outras áreas, inclusive para a agronomia, a pecuária, a farmácia e a nutrição. A seguir,
estudaremos exemplos de como as análises com DNA são utilizadas na prática e de que forma contribuem para a
solução de diferentes problemas e avanços relevantes.
Conhecimento de riscos biológicos
Para um bom monitoramento da saúde humana, é necessário, por exemplo, conhecermos os microrganismos que
podem nos causar algum prejuízo. Técnicas moleculares podem ser empregadas em amostras diversas retiradas
de objetos em:
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Tais amostras são coletadas em nível molecular, extraindo-se o DNA, a partir do qual é possível chegar a identidade
do microrganismo e traçar estratégias para seu controle ou combate. Com base nesses estudos,são planejadas
campanhas de vacinação para as doenças endêmicas; renovação ou ampliação do estoque de medicamentos dos
postos de saúde; orientação para diagnósticos médicos; escolha de produtos para higienizar locais, principalmente
hospitais; entre outros.
Inspeção de alimentos
Por meio de análises genéticas, é possível identificar a origem dos alimentos. Por exemplo, é possível saber se
uma empresa do ramo alimentício realmente está vendendo os ingredientes descritos nas embalagens dos
produtos.
Análises de produtos alimentícios.
As análises moleculares visam impedir fraudes, muito comuns no setor frigorífico, no qual já foram encontrados
componentes distintos daqueles que são apresentados nos rótulos.
Atenção!
Residências
Mobília, aparelhos eletrônicos,
roupas.
Locais públicos
Corrimão, torneiras,
maçanetas.         
Meios de transporte
Carros, ônibus.                           
        
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Já foi detectado DNA de suíno em um produto que se apresentava como exclusivamente feito de carne bovina.
Geralmente, mistura-se carnes de menor valor para baratear o preço final do produto. Outro exemplo é a
comercialização do palmito, que pode ser extraído de diferentes espécies de palmeiras. Contudo, o corte das
espécies nativas e ameaçadas de extinção é proibido. Uma forma de identificar a origem do palmito in natura ou
em conserva é por meio de testes genéticos.
Diagnóstico de doenças genéticas
Quando existe suspeita de doença genética, é possível confirmar ou descartar o diagnóstico por meio da análise
do material genético do indivíduo. Por exemplo, se o indivíduo apresenta sintomas de fibrose cística, uma doença
genética, pode-se realizar um teste genético para comprovar se ela é ou não portadora do gene que determina tal
condição. Caso seja confirmado, o paciente receberá tratamento para amenizar os sintomas.
Aconselhamento genético
Pessoas com casos de doenças genéticas na família são aconselhadas a fazer exames para identificar se também
possuem o gene associado à doença em questão, o que indica uma predisposição genética para o
desenvolvimento futuramente. O aconselhamento genético é, dessa forma, outro campo em que a engenharia
genética pode ser aplicada.
Um exemplo prático são os casos de câncer de origem genética. Algumas mutações genéticas aumentam a
probabilidade do desenvolvimento da doença no indivíduo, como os genes BRCA1 e BRCA2, que são associados ao
risco de desenvolvimento de câncer hereditário de mama e de ovários.
Transmissão de doenças genéticas
A tecnologia molecular pode ser usada não só para a detecção de doenças genéticas, mas também para a
prevenção da transmissão de doenças de pais para seus filhos. As técnicas de diagnóstico são empregadas até
mesmo quando os pais não manifestam nenhuma doença genética, mas são portadores dos genes ligados às
doenças. Esse tipo de prevenção tem sido empregado em fertilização in vitro, sendo feito um screening genético
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antes da implantação dos embriões, para que se tenha certeza de que sejam livres de genes que possam
desenvolver doenças ocasionadas por alterações no código genético. Mas você pode estar pensando:
E quando a gravidez ocorre de forma natural, é possível identi�car
alguma alteração genética antes do nascimento?
Sim, é possível. Porém a identificação é feita por meio de testes realizados durante o período da gestação, no pré-
natal. Nesse caso, é retirada uma amostra do líquido amniótico, que é analisada para a detecção de possíveis
alterações genéticas no feto em formação.
Genética forense
O aprimoramento da tecnologia permitiu que a genética fosse também aplicada no ramo criminal, a fim de detectar
indícios ou provas em materiais encontrados em cenas de crimes. Essa área começou a se expandir com o
trabalho do geneticista Alec Jeffreys, publicado em 1985 na revista Nature, com grande alcance no meio médico-
científico.
No trabalho, foi descrita a técnica que utilizava como base a multiplicação simultânea de determinadas regiões do
DNA, denominadas sondas multilocais, que funcionavam como “lanternas químicas”, por serem capazes de
reconhecer regiões variáveis no DNA.
Alec Jeffreys.
O resultado da multiplicação simultânea tinha como produto um padrão de bandas individuais, que se
assemelhavam a um código de barras, e apresentavam características individuais, o que Alec Jeffreys denominou
de fingerprinting.
Saiba mais
O termo fingerprinting faz uma analogia às impressões digitais, pois ambos possuem padrões exclusivos em cada
indivíduo.
No ramo criminal, a técnica foi aplicada pela primeira vez na identificação de um assassino que violentou e matou
duas jovens moças na Inglaterra, nos anos de 1983 e 1986. Com o emprego da técnica, foi possível a comparação
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do material genético dos suspeitos com o material genético das evidências do crime. A perícia forense baseada
em análises de elementos genéticos encontrados nas cenas de crimes é muito utilizada atualmente.
Coleta de vestígios encontrados em cenas de crimes.
Teste de paternidade
Outra aplicação das tecnologias com uso do DNA é a possibilidade de determinação com exatidão da paternidade
de um indivíduo. Por meio da comparação do padrão genético do possível pai biológico com o padrão genético da
criança, é possível determinar biologicamente o parentesco.
Como já temos conhecimento, o material genético de um indivíduo é formado pela junção de genes maternos e
paternos, na proporção de 50% de cada. Assim como cada pessoa possui sua própria digital, cada indivíduo possui
sua própria e exclusiva impressão genética.
Fertilização in vitro.
Cada gene possui uma diversidade muito grande em alelos. Consequentemente, é muito raro duas pessoas
apresentarem o mesmo grupo de genes, com os mesmos alelos, o que é encontrado no caso dos gêmeos
univitelinos. Portanto, podemos dizer que cada ser humano apresenta sua impressão genética de acordo com a
distribuição dos alelos nos genes e a ordem em que se encontram.
Saiba mais
No início do século XX, cientistas utilizavam o sistema ABO de tipos sanguíneos para analisar possíveis candidatos
a pais biológicos. No entanto, esse tipo de análise somente indica quais dos candidatos podem ser os pais em
potencial, devido às limitadas possibilidades de combinações dos tipos sanguíneos, não sendo possível
determinar qual dos indivíduos é realmente o pai.
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As técnicas foram aprimoradas e, nas décadas de 1980 e 1990, já era possível a análise e o sequenciamento de
DNA aplicados para fins de reconhecimento pessoal, podendo as técnicas serem usadas para determinar a
paternidade biológica, com alta precisão.
Amostra de sangue para teste de paternidade.
Tecnologia da genética molecular voltada
para a justiça
Confira agora a explicação de Mildred Ferreira Medeiros sobre como a genética molecular e o avanço da tecnologia
do sequenciamento do DNA colaboram para a solução de casos jurídicos ou crimes.
A evolução do Projeto Genoma Humano
A molécula de DNA foi descoberta no ano de 1953 e, desde então, é uma das moléculas mais estudadas no
mundo, pois tem papel de extrema importância e é indispensável para a manutenção dos seres vivos. Como vimos,
os estudos com DNA são consideravelmente úteis para diferentes campos da ciência.

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https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212sa/00711/index.html# 25/52A comunidade científica, tanto da área médica como biotecnológica, acreditava que o sequenciamento do genoma
humano traria descobertas que resultariam em melhorias imensuráveis para a humanidade. Foi quando, entre os
anos de 1999 e 2000, iniciou-se o famoso Projeto Genoma Humano, visando ao sequenciamento do genoma
humano completo.
O projeto tinha como finalidade organizar a sequência dos 3,1 bilhões de bases nitrogenadas presentes no genoma
humano, evidenciar a sequência de nucleotídeos dos cromossomos humanos, para conhecimento de possíveis
falhas ou anormalidades moleculares, entre outros.
A partir dos resultados do projeto, a biologia molecular fez grandes avanços. Além dos estudos genômicos,
tivemos investimentos nos estudos proteômicos, que focalizam nas proteínas e suas interações. O que traz
uma visão mais completa e integrada da expressão gênica, unindo um melhor entendimento do DNA e das
proteínas, cujas funções são essenciais para as diferentes formas de vida.
No início dos anos 2000, a bioinformática começou a se desenvolver e se destacar como grande aliada das
pesquisas em biologia molecular.
Apresentação em 3D de um filamento de queratina.
Há um grande número de genes e sequências genéticas já descritos e disponíveis em bases de dados, para serem
analisados. Um dos bancos de dados dos mais completos e utilizados pelos pesquisadores de todo o mundo é a
plataforma virtual GenBank. Ali são encontradas informações genéticas de inúmeros indivíduos, dos mais
diferentes grupos de organismos, animais, humanos ou não, plantas, fungos, bactérias, etc.
As bases de dados genéticos, que são alimentadas pelos próprios pesquisadores, e o uso da bioinformática, que é
essencial para organização e análise de grandes volumes de dados, permitem maior embasamento, acurácia e
agilidade para as análises e promovem o avanço dos estudos científicos.
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Sequenciamento de DNA.
Ao longo das últimas décadas, diferentes tipos de sequenciamento de DNA foram sendo desenvolvidos. Desde o
sequenciamento Sanger, realizado através da polimerização de DNA com incorporação de dideoxinucleotídeos
(unidades similares aos nucleotídeos); o pirosequenciamento (técnica baseada na detecção da luz, com liberação
de pirofosfato na adição de nucleotídeos); sequenciamento de nova geração (NGS) - caracterizado por produção
massiva de sequências genéticas em uma única corrida, em comparação com o sequenciamento sanger que
sequencia pequenos e poucos fragmentos de DNA individualmente, porém, a primeira apresenta custo mais
elevado.
Saiba mais
Em outubro de 2020, o Governo Federal brasileiro lançou um Programa Nacional de Genômica e Saúde de Precisão,
de nome Genomas Brasil, o qual tem como principal objetivo a realização de um banco de dados com genomas
completos de brasileiros.
Pesquisas cada vez mais variadas e direcionadas aos mais diversos organismos e genes têm gerado dados
importantes e avançado nosso conhecimento sobre as especificidades de vida na Terra. Assim como o
desenvolvimento de novas análises, técnicas e tecnologias têm contribuído muito para as pesquisas em genética e
biotecnologia. Junto com isso, cresce o movimento de colaboração entre universidades, laboratórios e
pesquisadores, que lideram esforços conjuntos voltados para grandes projetos e experimentos amplos – a
chamada Big Science.
Atualmente, os cientistas também trabalham de forma a buscar diagnósticos,
medicamentos, terapias e ações preventivas cada vez mais personalizadas, com base
nas informações contidas no DNA do paciente, buscando melhores condições de saúde
pública.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(FUVEST/SP − 2001) O anúncio do sequenciamento do genoma humano, em 21 de junho de 2000, significa
que os cientistas determinaram:
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Parabéns! A alternativa A está correta.
O Projeto Genoma Humano, que teve início por volta dos anos 2000, tinha como objetivo identificar a
sequência de nucleotídeos presentes no código genético humano.
Questão 2
O domínio sobre técnicas e procedimentos acerca da análise do DNA permitiu a sua aplicação em diferentes
campos, como jurídico, farmacêutico, da saúde e da agricultura. Sobre o aconselhamento genético, marque a
opção correta.
A A sequência de nucleotídeos dos cromossomos humanos.
B Todos os tipos de proteína codificados pelos genes humanos.
C A sequência de aminoácidos do DNA humano.
D A sequência de aminoácidos de todas as proteínas humanas.
E O número correto de cromossomos da espécie humana.
A Permite a identificação precisa do pai, quando este for desconhecido.
B Possibilita a identificação de adulterantes em alimentos.
C É um mecanismo de confirmar ou descartar um diagnóstico de doença genética.
D
Indica, através de exames específicos, a predisposição genética para o desenvolvimento de
doenças manifestadas em algum membro da família.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
O aconselhamento genético caracteriza-se pela indicação (aconselhamento) de realização de exames
específicos para investigação da predisposição do indivíduo a doenças genéticas manifestadas em membros
da família.
3 - Tecnologia do DNA recombinante e
clonagem
Ao �nal deste módulo, você será capaz de compreender a tecnologia do
DNA recombinante e a clonagem.
Tecnologia do DNA recombinante
Um dos avanços mais relevantes da engenharia genética, que gerou mudanças significativas, foi a tecnologia do
DNA recombinante. Ela consiste, resumidamente, na transferência de DNA de um organismo para o outro, com o
objetivo de gerar melhorias para o organismo fonte com a modificação genética.
E Contribui para o planejamento adequado de combate a doenças causadas por microrganismos
mapeados em determinada região ou localidade.
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A tecnologia do DNA recombinante tem como técnica central a clonagem molecular, que consiste no isolamento
de um fragmento do DNA que se deseja clonar e na propagação desse fragmento dentro de um organismo
hospedeiro. O termo DNA recombinante refere-se à molécula de DNA que contém fragmentos derivados de outro
organismo, que foram recombinados, ou seja, o DNA possui alterações derivadas de dois ou até mais organismos
fontes, sendo muitas vezes uma mistura de material genético de diferentes espécies.
Na década de 1970, começaram a ser desenvolvidas tecnologias que permitiam localizar e isolar frações
específicas de segmentos de DNA extraídos de cromossomos. Tais técnicas consistiam em extrair o fragmento de
DNA de um cromossomo e produzir muitas cópias desse fragmento, a fim de estudá-lo.
Esse novo procedimento descrito foi denominado clonagem molecular e, na época em que foi apresentado, foi
muito criticado, inclusive por extrapolar limites éticos. Ainda hoje, algumas discussões persistem.
Atualmente, a clonagem molecular tem sua técnica dominada e bem desenvolvida, o que
permite sua aplicação em diferentes áreas, como na saúde e agropecuária,
principalmente. A clonagem molecular é realizada com o uso de enzimas, por meio da
recombinação de DNA de organismos distintos, visando a expressão de genes
específicos.
A técnica do DNA recombinante se desenvolve em diferentes etapas, a saber:
1ª etapa
Etapa em que há a seleção e o corte do fragmento de DNA de interesseque será clonado. Isso é
possível devido ao uso de enzimas de restrição que funcionam como “tesouras” químicas a nível
molecular, cortando o DNA na localização precisa.
2ª etapa
Etapa em que, primeiramente, é necessária uma molécula de DNA com capacidade de
autorreplicação, ou seja, capacidade de se autoduplicar, chamada de vetor. Então, o fragmento de
i t f i t d á id DNA d t f d d f DNA bi t
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A ilustração a seguir mostra as etapas da técnica:
Técnica do DNA recombinante.
Atenção!
Utilizando a tecnologia do DNA recombinante como base, foi possível compreender melhor a complexidade de
processos bioquímicos, da divisão celular, das respostas do sistema imunológico, da oncogênese, entre outros. A
partir dela, estruturas moleculares foram elucidadas, sobretudo macromoléculas com importância para o
metabolismo das células, permitindo também o entendimento de leis de catálise enzimática.
Clonagem
É a produção de uma cópia geneticamente idêntica a um molde. Como sabemos, a clonagem pode ocorrer em
nível molecular, assim como em nível celular e até a nível de organismo.
Em nível molecular, vimos que a clonagem de fragmentos de DNA é o principal processo da tecnologia do DNA
recombinante. Em nível celular, uma célula geneticamente idêntica é criada a partir de uma célula molde,
resultando em duas células idênticas, uma original e um clone. Em nível de organismo, é realizada in vitro, onde é
formado um indivíduo sem que ocorra a fusão de gametas, é formado um clone geneticamente igual ao indivíduo
que lhe deu origem.
Atenção!
interesse que foi cortado será unido ao DNA do vetor, formando, dessa forma, o DNA recombinante.
3ª etapa
Etapa em que o DNA recombinante é transferido para uma célula, onde será replicado, aumentando
seu número de cópias.
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De forma resumida, a clonagem do DNA envolve a seleção e a separação de um gene e até mesmo de um
segmento de DNA específico. O material de escolha se liga a uma pequena molécula de DNA, que é replicada,
originando milhões de cópias desse DNA recombinante.
Mais detalhes sobre a clonagem do DNA
Depois de definido o gene ou segmento do DNA que se deseja clonar. O processo tem a participação de dois tipos
de enzimas: enzimas de restrição e DNA ligase. A primeira vai realizar a separação do gene ou fragmento de DNA
desejado, ou seja, vai cortar a molécula de DNA em locais específicos, obtendo-se o gene ou o fragmento de
interesse. Esse gene ou fragmento de DNA desejado será posteriormente inserido em um vetor, que consiste em
uma molécula de DNA com a capacidade de transportar esse fragmento de DNA para dentro de uma célula e se
replicar.
Os vetores de clonagem podem ser de três tipos. Vamos conferi-los?
Plasmídeos
São moléculas de DNA circular de células bacterianas (ou seja, de bactérias) que se replicam (ou seja,
autoduplicam) facilmente. Os plasmídeos contendo o DNA recombinante são inseridos nas células hospedeiras,
transportando o gene ou fragmento de DNA desejado.
Bacteriófagos
São fagos, vírus, que infectam bactérias e possuem estruturas muito simples, sendo constituídos basicamente
por uma molécula de DNA. Quando se ligam à bactéria, integram-se a ela e, dessa forma, a bactéria irá se
replicar e consequentemente também replicar o DNA recombinante inserido nela.
Cosmídeos
São plasmídeos recombinantes que possuem caraterísticas tanto de um plasmídeo como de bacteriófago.
A imagem a seguir ilustra o processo de clonagem por meio de plasmídeos:
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Processo de formação de clones por meio de bactérias.
Para que o gene ou fragmento de DNA a ser clonado seja incorporado ao vetor, é necessária a atuação da mesma
enzima de restrição, dessa vez, para cortar o DNA do vetor. Após o corte, o segmento de DNA a ser clonado é
ligado ao DNA do vetor, por meio da ação da enzima DNA ligase, formando finalmente a molécula de DNA
recombinante.
Relembrando
A molécula de DNA recombinante contém o DNA a ser clonado e o DNA do vetor que será usado para a replicação.
Com a formação dessa nova molécula estável, a molécula de DNA recombinante, o vetor modificado pode ser
introduzido em uma célula viva, geralmente uma célula bacteriana. Após sucessivas divisões das células
modificadas, agora denominadas recombinantes, é feita a identificação e transporte dessas células pro organismo
alvo. Assim, o fragmento de DNA clonado é passado para o organismo, e este o incorpora. Ou seja, após receber as
células contendo o fragmento de DNA clonado, o organismo alvo passa a produzir aquele gene de interesse.
Os processos de clonagem foram, ao longo do tempo, tornando-se mais complexos, e atualmente já é possível a
obtenção de exemplares de clones de diversas espécies, como:
Ovelhas
Vacas
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Ratos
O caso de clonagem de organismo mais famoso mundialmente é o da ovelha Dolly, o primeiro clone feito a partir
de uma célula adulta de ovelha que teve sucesso, em 1997.
Esquematização de etapas de como ocorre o desenvolvimento de um clone. Técnica de clonagem utilizada no caso da ovelha Dolly.
O clone foi realizado por cientistas escoceses, por meio da união de uma célula somática mamária de uma ovelha
de “cara branca” (Finn Dorset) com um óvulo de uma ovelha de “cara preta”. Esse óvulo utilizado teve seu núcleo
retirado, ou seja, teve suas informações genéticas removidas e, em seu lugar, foi implantado o núcleo da célula
somática mamária contendo todo o genoma da ovelha de “cara branca”. A célula resultante desse processo foi
implantada no útero de uma ovelha de “cara preta”, resultando no nascimento de Dolly, uma ovelha de “cara branca”
originada a partir do material genético de uma célula de glândula mamária.
A ovelha Dolly, que atualmente se encontra empalhada em exposição em um museu em Edimburgo (Escócia).
Mas por que a célula implantada foi o óvulo, e não a célula mamária, que já possuía o
núcleo diploide? E por que o óvulo foi implantado na ovelha de “cara preta”?
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O uso do óvulo com o núcleo da célula mamária foi empregado no experimento porque, em condições normais de
fecundação, logo após a fusão dos núcleos, o óvulo começa a se dividir em um padrão específico para originar o
zigoto. Implantar o óvulo com o núcleo diploide, seria como se o óvulo estivesse fertilizado e este se dividiria, o que
realmente aconteceu. Já a célula mamária, caso se dividisse, originaria novas células mamárias. A escolha da
ovelha de "cara preta” para a implantação do óvulo no útero garantiu aos cientistas observarem se a ovelha gerada
teria as características esperadas da ovelha doadora da célula mamária (de “cara branca”) ou se haveria alguma
interferência da ovelha mãe (de “cara preta”).
A tecnologia do DNA recombinante tem diferentes aplicações, independentemente do ramo da pesquisa, do
terapêutico ao comercial. As áreas de abrangência também são diversas, contudo, figuram como as principais:
Saúde
Ocorre produção de hormônios humanos, como a insulina e o hormônio do crescimento; produção de vacinas, de
proteínas para anticorpos; entre outros.
Agricultura
Ocorre produção de plantas resistentes a pragas, predadores e/ou condições climáticas adversas;
amadurecimento de frutos no pé sem sofrer amolecimento; mudanças no processo de germinação das sementes
para uma colheita mais rápida;aumento do teor de vitamina A em cereais a fim de prevenir a cegueira em crianças.
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Pecuária
Ocorre seleção de animais com características específicas e úteis para a criação e produção, referentes à
qualidade da carne, leite e ovos, por exemplo.
Saiba mais
Muitas plantas e animais utilizados pelo homem atualmente, inclusive para a alimentação, são geneticamente
modificados, com o intuito de gerar melhor retorno para os grandes produtores e algumas vezes enriquecimento
nutricional. Um exemplo de alimento muito consumido na forma transgênica é o milho.
Lembrando que um transgênico é um organismo geneticamente modificado (OGM) que apresenta gene ou
fragmento de DNA vindos de um ou mais organismos diferentes.

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Alimentos trangênicos na dieta humana são
seguros?
Confira agora o relato de Mildred Ferreira Medeiros sobre o consumo de alimentos transgênicos e possíveis efeitos
colaterais para a saúde.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(SEGEP/MA – 2016) A ligação de um fragmento de DNA (inserto) com outra molécula de DNA (vetor),
formando uma molécula de DNA recombinante, é uma das fases da técnica de:
Parabéns! A alternativa C está correta.
A Produção de enzimas de restrição.
B Reação em cadeia da polimerase.
C Clonagem molecular.
D Eletroforese em gel de agarose.
E Transformação celular.
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O processo de clonagem molecular consiste na utilização do princípio do DNA recombinante, que utiliza um
vetor para transferir um gene ou fragmento de DNA desejado para o organismo alvo.
Questão 2
(INEP – 2016) Com o avanço da biotecnologia, é possível utilizar plantas transgênicas para aumentar a
produção de grãos e de fibras vegetais. Um exemplo é o milho transgênico com atividade inseticida,
popularmente conhecido como milho Bt. Ele foi transformado com a incorporação de um gene que codifica a
produção de uma toxina isolada da bactéria Bacillus thuringiensis. Essas plantas representam uma alternativa
para minimização dos danos causados por pragas, o que reduz o uso de agrotóxicos. Considerando o uso
dessa tecnologia, assinale a opção correta.
Parabéns! A alternativa E está correta.
Nessa técnica de biotecnologia, as toxinas sintetizadas pelo milho Bt são elaboradas para atingir um alvo
específico, tornando as toxinas sintetizadas neutras para outras espécies, não interferindo em espécies que
não apresentem ameaças para plantação.
A
As pragas oriundas da área de refúgio poderão se acasalar com as sobreviventes das áreas
plantadas com a planta transgênica, possibilitando a perda do efeito desejado.
B
Os transgênicos são organismos que foram obtidos por meio de cruzamentos entre diferentes
indivíduos, modificando o seu código genético.
C
O produto colhido na área de refúgio pode ser comercializado como não transgênico, apesar
da ocorrência de polinização cruzada no milho.
D As toxinas presentes no milho Bt também podem auxiliar no controle dos percevejos.
E
As toxinas sintetizadas pelo milho Bt têm atividade seletiva, que atua apenas nas espécies-
alvo.
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4 - Transformação genética e transgênicos
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever a transformação
genética e o uso dos transgênicos.
Transformação genética e transgênicos
A biotecnologia é a área que une a biologia tradicional, clássica, com os avanços tecnológicos. Desde 1950, com o
início do estudo do DNA, até os dias atuais, ocorreu um avanço considerável da biotecnologia em tempo
relativamente curto.
Na década de 1970, com os estudos dos desdobramentos do código genético, não só dos seres humanos, mas de
outros seres vivos, surge a engenharia genética, introduzindo novas perspectivas de abordagens para estudos
científicos, a partir das dinâmicas biológicas em níveis moleculares. Os organismos geneticamente modificados
(OGM) ou transgênicos, que atualmente já são uma realidade inserida no nosso dia a dia, começavam a ser mais
amplamente estudados naquela época.
Os transgênicos, como o nome diz, são organismos que sofreram alteração genética, ou seja, que receberam
fragmentos de DNA, um ou mais genes, de outro organismo que atuou como doador. O gene recebido se
integra ao código genético do receptor, gerando uma mudança no código genético e na expressão de uma
característica que o receptor não apresentava anteriormente.
Tal evento é reproduzido em laboratório, mas pode também ocorrer de forma natural, ou seja, na natureza, por meio
de mutações espontâneas e aleatórias. Contudo, no caso dos transgênicos, a alteração genética é precisamente
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manipulada por cientistas que buscam alguma mudança benéfica no organismo alvo.
Em outras palavras, a engenharia genética permitiu que os cientistas modificassem o material genético de
organismos em laboratório, de forma proposital e direcionada, reproduzindo eventos que ocorrem espontânea e
aleatoriamente na natureza.
Símbolo usado na rotulagem de produtos transgênicos.
Sobre a legislação relativa aos transgênicos, é importante saber que: a produção de alimentos transgênicos, de
acordo com a Lei Brasileira de Biossegurança (Lei nº 11.105/05) é permitida desde que atendidas às
regulamentações para essas atividades. São aplicadas regras estritamente rigorosas, com determinações e
requisitos a serem cumpridos obrigatoriamente, possuindo fiscalização e vigilância desde sua idealização,
passando pelo setor de produção, teste nos diferentes níveis, até o produto final estar disponível para
comercialização. São processos que geram um longo acompanhamento – em torno de dez anos.
Para ser garantida a segurança alimentar e ambiental do produto final, as etapas são analisadas e aprovadas pela
Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), vinculada ao Ministério de Ciência e Tecnologia. A CTNBio
reúne especialistas de várias áreas de conhecimento científico para analisar mensalmente pesquisas em
andamento e propostas de pesquisas envolvendo OGMs/transgênicos.
Atenção!
A CTNBio é responsável por diversas áreas, e não só pela agricultura, avaliando muitos produtos associados a
possíveis impactos à saúde humana e animal, como também ao meio ambiente.
Agora vamos conhecer um exemplo de transformação genética envolvendo plantas e bactérias de interesse
biotecnológico:
Agrobacterium tumefaciens é a bactéria causadora da galha-da-coroa, uma doença que afeta plantas. A doença
induz a formação de tumores na junção entre o caule e a raiz das plantas, região do colo. Tais tumores são
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resultantes do desenvolvimento exacerbado das células, que ocorre devido à transferência de genes da bactéria
para o genoma da planta afetada.
Planta com tumores gerados pela infecção por Agrobacterium tumefaciens.
Os genes da bactéria inseridos no genoma da planta infectada estão contidos em um plasmídeo, denominado Ti.
Esses plasmídeos possuem genes com atividade altamente tumoral, que atuam por meio de duas regiões: a região
T, que é a transmitida para a célula vegetal,e a região de virulência chamada de vir, contendo a parte do material
genético de produção de proteínas, que a tornam capaz de transmitir seu material genético para a célula vegetal.
Quando a região T é transferida e se integra à célula vegetal, passa a ser chamada de T-DNA. Os genes presentes
no T-DNA induzem a produção de hormônios associados ao crescimento das plantas (auxinas e citocinas),
promovendo o crescimento exacerbado e formando tumores. O T-DNA também possui regiões que induzem a
produção de opinas, catalisadas especificamente pela bactéria colonizadora, servindo como nutriente.
Se a bactéria Agrobacterium tumefaciens causa tumor na planta, por
que ela é de interesse para a ciência?
Exatamente por sua capacidade de transferência de gene para outro organismo. Essa característica da bactéria
está sendo explorada na biotecnologia, já que os genes que formam o T-DNA podem ser facilmente substituídos
por outros genes de interesse, como os que expressam resistência a um antibiótico, por exemplo.
A transformação genética usando a Agrobacterium tumefaciens como vetor tem sido empregada em plantas, mas
há pesquisas usando essa bactéria em outros organismos, como fungos, animais e até células humanas.
Transformação genética indireta em células vegetais por meio de Agrobacterium spp.
A transformação genética pode ocorrer também com o uso de técnicas como a biobalística. Veja:
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A biobalística usa um método de bombardeamento, com micropartículas ou acelerador de micropartículas, para
introduzir moléculas de DNA de interesse (ou RNA) em outros organismos, sendo uma técnica de transformação
genética comumente usada em plantas.
Microprojéteis de ouro ou tungstênio envoltos pelo DNA de interesse são utilizados no processo. Estes são
acelerados a velocidades superiores a 1500km/h, possibilitando a penetração no genoma de maneira que não
cause danos letais à célula quando romperem a parede e a membrana da célula vegetal.
Sistema de entrega de partículas PSD-1000/He.
Essas micropartículas, uma vez que penetram na célula, alojam-se de forma aleatória nas organelas, depois, o DNA
de interesse é dissociado, possibilitando sua integração no genoma da planta (hospedeira), ocorrendo, assim, a
transformação celular.
Transformação genética em plantas e
animais
Transformação em plantas
Com o uso de técnicas que surgiram graças aos investimentos nos setores de biotecnologia agrícola, atualmente,
a transformação genética em plantas vem sendo utilizada com a finalidade de aprimorar características biológicas
e/ou possibilitar a criação de novas variedades.
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A transformação genética pode ocorrer por meio da inserção de genes isolados de outras plantas, microrganismos
ou animais, gerando trocas de material genético entre diferentes espécies, com a finalidade de determinar
diferentes características.
Exemplo
A produção de sementes mais resistentes a alterações climáticas e que necessitam de menos nutrientes no solo
para germinar e crescer, como solução para a fome que assola certas regiões de solos pobres em nutrientes. E a
produção de plantas resistentes a pragas, diminuindo o uso de agrotóxicos e contribuindo para melhores
condições de saúde dos consumidores.
Para a transformação genética de plantas, é necessária a utilização de vetores (geralmente plasmídeos) e o
conhecimento sobre três partes específicas do gene em questão (região promotora, região codificadora e região
terminal).
Na prática, existem diferentes métodos possíveis, que são agrupados em:
Diretos
A transformação genética feita por método direto é baseada em ações físicas e químicas, nas quais a
passagem do DNA para dentro da célula vegetal é feita por eletroporação, que permite a travessia por meio de
choques, em campo elétrico que apresente eletricidade controlada. Esse processo é a biobalística, já descrita
acima.
Indiretos
A transformação genética feita por método indireto, envolve as bactérias Agrobacterium tumefaciens, que
também já foram mencionadas, ou outras, como Agrobacterium rhizogenes, como vetores para a inserção do
DNA de interesse.
Transformação em animais
Animais transgênicos são aqueles que tiveram seu material genético modificado, por meio de intervenção humana,
por processo chamado transformação genética, transgenia ou transgênese.
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Transformação genética em animais.
Desenvolvida na década de 1970 em camundongos (mamífero que até os dias atuais possui o genoma mais
facilmente manipulável), a transformação genética de animais atualmente é realizada de duas formas:
Microinjeção pronuclear
É feita a transferência de um DNA exógeno para o genoma de um indivíduo.
Células-tronco
É feita a alteração de DNA já existente no animal por combinações homólogas em células-tronco embrionárias.
Vamos conhecer melhor cada caso.
Manipulação do genoma por microinjeção pronuclear
Técnica realizada por meio de microinjeções, contendo uma solução com transgene de interesse em sua
composição, no pronúcleo de um óvulo recém-fertilizado.
Dessa forma, cópias dos genes injetados se integram ao DNA do indivíduo hospedeiro e se distribuem de forma
mendeliana, em sítios aleatórios no genoma. Por isso, o transgene deve conter todos os elementos de um gene
natural, ou seja, a região promotora, a região codificante e o sítio de adição de poli-A, que são constituídos pela
técnica de DNA recombinante, programados para responderem a estímulos biológicos.
Inserção de DNA exógeno no núcleo de um óvulo recém-fertilizado.
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Sendo assim, esse gene inserido, uma vez integrado ao DNA do indivíduo hospedeiro, passa a se expressar,
desempenhando sua função.
Atenção!
Essa técnica é amplamente utilizada como ferramenta de pesquisa, sobretudo em estudos de doenças genéticas
dominantes, mas apresenta algumas limitações. Devido a sua inserção ocorrer em sítio aleatório no momento de
integração do gene, pode acarretar erro e gerar consequências críticas.
Manipulação do genoma por meio de células-tronco
Esta metodologia foi criada a partir da combinação de duas técnicas:
Cultivo de células-tronco
Técnica do DNA recombinante
Gerou uma nova forma de transformação genética, mais precisa e consistente na manipulação do genoma do
indivíduo alvo.
Consiste em algumas etapas, a saber:
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As células-tronco possuem como característica principal o fato de não serem diferenciadas e serem
pluripotentes. Quando recolocadas em blastocistos (embriões em estágio particular de desenvolvimento),
podem retomar o seu desenvolvimento normal, no tecido embrionário, incluindo a diferenciação de células
germinativas.
Levando em consideração essa informação, cientistas descobriram que é possível modificar geneticamente
células-tronco, por meio de culturas de células, utilizando a recombinação de genes homólogos, que geram
um processo de substituição de um alelo normal de um gene específico por uma versão mutada do mesmo
gene. Dessa forma, é possível obter linhagens in vitro de células-tronco geneticamente modificadas.
As células-tronco geneticamente modificadas, quando adicionadas em embriões, são agregadas à mórula
(primeiro estágio do desenvolvimento embrionário de alguns tipos de zigotos, processo que ocorre logo
após a fertilização), e incorporadas ao embrião. O indivíduoresultante desse embrião é considerado um ser
quimera, pois são originados em parte pelas suas células originais e em parte pelas células-tronco
modificadas.
As células-tronco modificadas, se originarem células de linhagens germinativas, a mutação será transmitida
para as próximas gerações e anulará o gene original. Quando isso acontece, dizemos que o gene original foi
nocauteado, e esse indivíduo recebe o codinome “nocaute”.
Essa técnica é bastante utilizada em camundongos, gerando os conhecidos camundongos nocauteados
(utilizados em estudos, por exemplo, das várias funções de citocininas, de moléculas co-estimulatórias). Tal
habilidade de modificar o genoma permite a seleção de genes específicos para passarem para a próxima
geração, criando camundongos com genótipo desejado.
Modificação genética de células-tronco 
Criação do quimera 
Nocaute do gene 

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Mudanças que a biotecnologia trouxe para a
sociedade
Confira agora o que fala Mildred Ferreira Medeiros sobre biotecnologia, sua origem e aplicabilidade.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(UFAL − 2011) A tecnologia do DNA recombinante tem produzido uma série de avanços no setor agropecuário
brasileiro. A inserção de um gene da bactéria Bacillus thuringiensis em algumas variedades de plantas, por
exemplo, faz com que elas se tornem resistentes a certas pragas. Sobre essas tecnologias, é correto afirmar:
A
A transferência de qualquer gene de um organismo para outro produz variabilidade genética;
daí, os transgênicos serem resistentes a pragas.
B
Plasmídeos virais são utilizados como vetores de genes de interesse que serão transferidos
para um organismo.
C
A resistência de uma planta transgênica a uma praga se deve à ação do produto do gene
inserido na planta, e não à presença do gene em si.
D
Plantas naturalmente resistentes a pragas não passam necessariamente essa característica à
prole; daí, a necessidade das técnicas de engenharia genética.
E
A clonagem de plantas com características de resistência a pragas as torna menos
susceptíveis à extinção ao longo da evolução, segundo as leis da seleção natural.
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Parabéns! A alternativa C está correta.
Quando técnicas de mudanças genéticas são utilizadas, os benefícios gerados com as modificações se dão a
partir das consequências/produtos produzidos pela mudança genética, e não pela presença do gene em si.
Questão 2
(CESMAC − 2016) A tecnologia do DNA recombinante permitiu a criação do milho Bt, resistente ao ataque de
determinados tipos de insetos. Considerando que foi introduzido um gene da bactéria Bacillus thuringiensis,
que promove na planta a produção de uma proteína tóxica aos insetos, mas inofensiva aos mamíferos, é
correto afirmar que o milho Bt é resultado de técnica de:
Parabéns! A alternativa B está correta.
A técnica empregada na produção do milho Bt é a transgenia. Neste caso, o milho recebeu e incorporou gene
da bactéria Bacillus thuringensis.
A Clonagem gênica.
B Transgênese.
C Terapia gênica.
D Eletroforese.
E Cruzamento interespecífico.
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Considerações �nais
Neste conteúdo, estudamos conceitos da biologia molecular voltada para a genética – genética molecular – e
conceituamos o dogma central da biologia molecular. O dogma central da biologia molecular evidencia a forma
como a informação genética de um indivíduo é replicada, transcrita e traduzida em proteínas, as quais são
essenciais para manter o funcionamento dos organismos e sua sobrevivência.
Aprendemos, ainda, sobre as tecnologias de análise de DNA, suas diversas aplicações e relevância para o
desenvolvimento da biotecnologia. Em específico, abordamos a tecnologia do DNA recombinante, a clonagem e os
transgênicos. Finalizamos estudando sobre a transformação genética em plantas e animais, práticas que podem
trazer benefícios para a vida humana e o meio ambiente.
Podcast
Ouça agora um pouco mais sobre a relação dos transgênicos com o meio ambiente, sob a visão dos produtores de
transgênicos e de ambientalistas.
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Referências
ALBERTS, B. et. al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.
BRASIL. Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações. Comissão Técnica Nacional de
Biossegurança. Consultado na internet em: 4. nov. 2020.
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CARNEIRO, A. A.; CARNEIRO, N. P.; PAIVA, E. Transformação genética de milho utilizando o bombardeamento de
partículas. Sete Lagoas: Embrapa milho e sorgo, nº 32, 42 p., 2004.
JUNQUEIRA L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005,
352p.
SANTOS, R. R. dos; MYSZCZUK, A. P.; GLITZ, F. E. Z. Meio ambiente, segurança alimentar e consumo:
rastreabilidade e certificação de grãos GM e NON-GM. Revista Cadernos da Escola de Direito e Relações
Internacionais da UniBrasil, v. 10, 2009, pp. 1-26.
SCHAPIRO, S. J.; EVERITT, J. I. Preparation of animals for use in the laboratory: issues and challenges for the
institutional animal care and use committee. ILAR Journal, 47:370-75, 2006.
SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.
VEGA, J. M. et al. Improvement of Agrobacterium-mediated transformation in Hi-II maize (Zea mays) using
standard binary vectors. Plant Cell, New York, v. 27, p. 297-305, 2008.
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Clonagem de DNA e DNA recombinante, do canal Khan Academy Brasil.
Os organismos geneticamente modificados, do canal AFP Português.