Genetica molecular e o dogma central da biologia molecular

Prévia do material em texto

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
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.
meeting_room
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
1
Replicação, transcrição e tradução da informação genética
Ao final deste módulo, você será capaz de identificar processos básicos em genética molecular, a replicação, transcrição e tradução da informação genética.
Shutterstock.com
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.
close
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.
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.
report_problem
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.
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.
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 adicionar os 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 apresentandouma fita nova e uma antiga pertencente à molécula original.
Por que a replicação do DNA é tão importante?
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
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.
post_add
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.
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.
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:
report_problem
Atenção!
Em bactérias, não há a etapa de splicing. Ao chegar ao final da transcrição, o RNAm está pronto para ser traduzido.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
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.
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:
filter_1
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.
filter_2
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.
filter_3
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.
A imagem a seguir ilustra o processo de tradução:
Tradução com as etapas necessárias para que ocorra síntese proteica.
video_library
Como ocorre a síntese de proteínas?
Confira o vídeo a seguir sobre a síntese de proteínas e sua importância.
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 definir o código genético?
O código genético relaciona a sequência dos nucleotídeos que constituem o DNA com a sequência de códons doRNAm 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).
U	C	A	G	
U	UUU
UUC	Fenilalanina
(Fen)	UCU
UCC
UCA
UCG	Serina
(Ser)	UAU
UAC	Tirosina
(Tir)	UGU
UGC	Cisteína
(Cis)	U
C
A
G
UUA
UUG	Leucina
(Leu)	UUA
UAG	Códons de finalização	UGA	Códons de finalização
UGG	Triptofano
(Trp)
C	CUU
CUC
CUA
CUG	Leucina
(Leu)	CUU
CUC
CUA
CUG	Prolina
(Pro)	CAU
CAC	Histidina
(His)	UGU
USG
UGA
UGG	Argina
(Arg)	U
C
A
G
CAA
CAG	Glutamina
(Gin)
A	AUU
AUC
AUA	Isoleucina
(Ile)	ACU
ACC
ACA
ACG	Treonina
(Ter)	AAU
AAC	Asparagina
(Asn)	UGU
UGC	Serina(Ser)	U
C
A
G
AUG	Metionina(Met)
Códon de iniciação	AAA
AAG	Listina(Lis)	AGA
AGG	Argina
(Arg)
G	GUU
GUC
GUA
GUG	Valina(Val)	GUU
GUC
GUA
GUG	Alanina(Ala)	GAU
GAC	Ácido aspático
(Asp)	GGU
GGC
GGA
GGG	Glutamina
(Gin)	U
C
A
G
GAA
GAG	Ácido glutâmico
(Glu)
Tabela: Códons e respectivos aminoácidos do código genético.
Catarina Moreira / casadasciencias.org
video_library
Dogma central da biologia molecular: o que é?
Confira o vídeo a seguir sobre o dogma central da biologia molecular.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
playlist_play
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
Replicação
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
Transcrição
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
Tradução
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
emoji_events
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(UFPE − 2016) O códon corresponde à sequência de três bases do:
Questão 2
(UFScar − 2010) Diz-se que o código genético é “degenerado” porque:
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
2
Tecnologias para análise de DNA e suas aplicações
Ao final deste módulo, você será capaz de reconhecer as tecnologias para análise de DNA e suas aplicações.
Shutterstock.com
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.
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:
O custo elevado, por requererem tecnologias de ponta e maquinário com valor significativamente alto.
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:
Residências
Mobília, aparelhos eletrônicos, roupas.
Locais públicos
Corrimão, torneiras, maçanetas. 
Meios de transporte
Carros, ônibus. 
Indivíduos
Mãos e saliva. 
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.
report_problem
Atenção!
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 empregadoem fertilização in vitro, sendo feito um screening genético 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 identificar 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.
post_add
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 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.
post_add
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.
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.
video_library
Tecnologia da genética molecular voltada para a justiça
Confira agora a explicação sobre como a genética molecular e as tecnologias a ela associadas colaboram para a solução de crimes e casos de justiça.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
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.
A 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.
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.
post_add
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
playlist_play
Vem que eute explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 2 - Vem que eu te explico!
Tecnologias para análise de DNA e suas aplicações
Módulo 2 - Vem que eu te explico!
A evolução do Projeto Genoma Humano
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
emoji_events
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:
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
3
Tecnologia do DNA recombinante e clonagem
Ao final deste módulo, você será capaz de compreender a tecnologia do DNA recombinante e a clonagem.
Shutterstock.com
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.
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:
check_circle_outline
1ª etapa
Etapa em que há a seleção e o corte do fragmento de DNA de interesse que 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.
check_circle_outline
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 interesse que foi cortado será unido ao DNA do vetor, formando, dessa forma, o DNA recombinante.
check_circle_outline
3ª etapa
Etapa em que o DNA recombinante é transferido para uma célula, onde será replicado, aumentando seu número de cópias.
A ilustração a seguir mostra as etapas da técnica:
Técnica do DNA recombinante.
report_problem
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
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.
report_problem
Atenção!
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 que se replicam facilmente. os plasmídeos contemdo 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 se replicará e replicará o dna recombinante inserido nela. 
ccosmídeos: são plasmídeos recombinantes que possuem características tanto de um plasmídeo quanto de bacteriófago. 
A imagem a seguir ilustra o processo de clonagem por meio de plasmídeos:
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.
refresh
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
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”?
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.
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.
post_add
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.
video_library
Alimentos trangênicos na dieta humana são seguros?
Confira agora o vídeo sobre alimentos transgênicos, seu consumo e efeitos na saúde humana.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
playlist_play
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 3 - Vem que eu te explico!
Tecnologia do DNA recombinante
Módulo 3 - Vem que eu te explico!
Clonagem
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
emoji_events
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:
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
4
Transformação genética e transgênicos
Ao final deste módulo, você será capaz de descrever a transformação genética e o uso dos transgênicos.
Shutterstock.com
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 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.
report_problem
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 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 transmitidapara 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:
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.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
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.
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.
extension
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.
close
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.
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.
Sendo assim, esse gene inserido, uma vez integrado ao DNA do indivíduo hospedeiro, passa a se expressar, desempenhando sua função.
report_problem
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
close
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:
modificação genética de células tronco > 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.
criação do quimera > 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 indivíduo resultante desse embrião é considerado um ser quimera, pois são originados em parte pelas suas células originais e em parte pelas células-tronco modificadas.
nocaute do gene > 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.
video_library
Mudanças que a biotecnologia trouxe para a sociedade
Confira agora o vídeo sobre biotecnologia, sua origem e aplicabilidade.
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
playlist_play
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 4 - Vem que eu te explico!
Transformação genética e transgênicos
Módulo 4 - Vem que eu te explico!
Transformação genética em plantas e animais
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
emoji_events
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:
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:
O que você achou do conteúdo?
Relatar problema
Considerações finais
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.