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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS CURSO: Biomedicina DISCIPLINA: Biologia Molecular Aplicada à Biomedicina NOME DO ALUNO: Michelle dos Anjos Viana Bucci R.A: 2105755 POLO: Praia Grande - Tupi DATA: 30/11/2022 TÍTULO DO ROTEIRO: BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA INTRODUÇÃO A biologia celular e molecular é uma das áreas das ciências da vida que avançam mais rapidamente, sendo que progressos significativos são constatados em intervalos relativamente curtos de tempo. Assim, este campo pode parecer assustador, em função do vasto conteúdo e da necessidade de constante atualização. A compreensão da biologia molecular das células é uma área dinâmica de pesquisa que é fundamental para todas as ciências biológicas. Isto é verdade não somente do ponto de vista da pesquisa básica, mas também com respeito a um número crescente de aplicações práticas na agricultura, na biotecnologia e na medicina. As aplicações médicas fornecem exemplos muito interessantes, com novos métodos para prevenção e tratamento tornados possíveis a partir de uma crescente compreensão das bases celulares e moleculares de muitas doenças humanas. (PERES, 2020) A Biologia Molecular tem como campo de estudo as interações bioquímicas celulares envolvidas na duplicação do material genético e na síntese proteica. É uma área intimamente ligada à genética e à bioquímica. A Biologia Molecular consiste principalmente em estudar as interações entre os vários sistemas da célula, partindo da relação entre o DNA, o RNA e a síntese de proteínas, e o modo como essas interações são reguladas. AULA 1 ROTEIRO 1 Uso de Micropipetadores Na experiência realizada nesta aula, nos foi ensinado a forma correta de utilização, do ajuste e das diferenças de volume, cuidados com a calibragem e a precisão das micropipetas. Procedimento: Atividade 1- Observe as pipetas disponíveis no laboratório e identifique-as. Figuras 1, 2 e 3 – Micropipetas p10, p200 e p1000 respectivamente. Fonte: Própria. Atividade 2- Escolha, dentre as pipetas disponíveis no laboratório, a pipeta adequada para coletar os volumes a seguir. Anote, ao lado, a sua escolha. 1,5 μL – p10 12 μL – p10 576 μL – p1000 0,001 mL – p10 0,02 mL – p200 1000 μL – p1000 200 μL – p200 1 mL – p1000 0,5 mL – p1000 1,2 Ml – p10 Atividade 3- Faça a pipetagem dos volumes listados no exercício 2 e observe. Figuras 4 e 5 – Pipetagem com alaranjado de metila referente à atividade 2, mostrando a grande diferença de um microtubo para o outro. Fonte: Própria. Atividade 4- Identifique os microtubos, marcando A, B e C. Prepare os tubos conforme o quadro a seguir: Um total de 20 µL foi adicionado a cada tubo; para verificar se a pipetagem foi correta, ajuste a pipeta P20 para 20 µL e, cuidadosamente, meça o volume de cada tubo. Figuras 6, 7 e 8 – Microtubos A, B e C com alaranjado de metila. Fonte: Própria. Para refletir: - Como estava preenchida a ponteira? R: Completa. - Algum espaço com ar? R: Não. - Ficou algum volume no tubo? R: Sim. - Houve alguma diferença? R: Sim. -Qual explicação você daria? R: Erro na aliquotagem ou micropipeta descalibrada. A calibração das micropipetas é importante para que exista uma maior precisão nos processos de medição de substâncias líquidas que são determinadas em cada experimentação, e é essa precisão que determinará os resultados mais exatos nos experimentos realizados. Atividade 5- Identifique os microtubos, marcando D, E e F. Prepare os tubos conforme o quadro a seguir: Um total de 1000 μL foi adicionado a cada tubo; para verificar se a pipetagem foi correta, ajuste a pipeta para 1000 μL e, cuidadosamente, meça o volume de cada tubo. Figuras 9, 10 e 11 – Microtubos D, E e F com alaranjado de metila. Fonte: Própria. Para refletir: - Como estava preenchida a ponteira? R: Completa. - Algum espaço com ar? R: Não. - Ficou algum volume no tubo? R: Sim. - Houve alguma diferença? R: Sim. -Qual explicação você daria? R: Erro na aliquotagem ou micropipeta descalibrada. A calibração das micropipetas é importante para que exista uma maior precisão nos processos de medição de substâncias líquidas que são determinadas em cada experimentação, e é essa precisão que determinará os resultados mais exatos nos experimentos realizados. AULA 2 ROTEIRO 1 Extração de DNA – parte 1 Na experiência desta aula, realizamos a extração do DNA do morango e da cebola. Para este tipo de experiência, o morango é o mais utilizado por ser mais didático. Ele é um octâmero, ou seja, tem oito cópias do mesmo cromossomo. É um pseudofruto, seu DNA fica no núcleo, ou seja, é eucariota, e é usado a ação mecânica (maceração) para romper o seu tecido. Seguem abaixo o passo a passo e imagens de todo o processo: PROTOCOLO DE EXTRAÇÃO DO MORANGO: 1. Retiramos os cabos do morango e macerá-lo no cadinho com a ajuda do pistilo; 2. Adicionamos por volta de 12 ml da solução detergente; 3. Adicionamos uma colherzinha de NaCl; 4. Misturamos vigorosamente; 5. Coamos a mistura no béquer com o funil e o papel-filtro; 6. Adicionamos, devagar, o álcool gelado pela borda do tubo, até formar uma camada 2 vezes a quantidade da solução obtida; 7. Aguardamos alguns minutos até a formação do DNA (10 minutos); 8. Recolhemos o DNA para um tubo eppendorf ou um tubo cônico, com a ajuda de um palito de madeira ou da micropipeta com ponteira; 9. Lavar com álcool (etanol) bem gelado e desprezar o sobrenadante vagarosamente. Figuras 12, 13, 14, 15 e 16 – Processo de extração de DNA do morango. Fonte: Própria. PROCEDIMENTO DE EXTRAÇÃO DO DNA DA CEBOLA: 1. Colocamos 10 mL de detergente e uma pitada de sal (1 colher de café), em 20 mL de água num copo, e misturamos bem; 2. Colocamos a cebola picada no copo com a solução de detergente e levamos ao banho maria por, exatamente, 15 minutos, a 60 ºC; 3. Resfriamos a mistura, colocando o copo no gelo, por cerca de 5 minutos, mexendo periodicamente; 4. Bata a mistura resfriada no liquidificador por, exatamente, 5 segundos (opcional); (essa parte não fizemos) 5. Filtramos a mistura, recolhendo o filtrado em um copo limpo; 6. Adicionamos, lentamente e pela borda do copo, cerca de 20 mL de álcool etílico comercial gelado; 7. Esperamos alguns minutos. Bolhas se formaram e o DNA precipitou; 8. Mergulhamos o bastão de vidro no copo fazendo movimentos circulares cuidadosos. Não mexer muito as camadas para não quebrar as moléculas de DNA; 9. Os “fios” esbranquiçados e grudentos formados são aglomerados de muitas moléculas de DNA e ficaram presos na ponta do bastão de vidro. Deixamos secar sobre uma estante e ressuspendemos o DNA em água ou em solução de cloreto de sódio, a 4%. Figuras 17, 18, 19, 20 e 21 – Processo de extração de DNA da cebola. Fonte: Própria. Exercícios: 1. Por que é necessário macerar o morango e picar a cebola? R: Porque o DNA está no núcleo e com a maceração possibilita o rompimento dos tecidos. 2. Em que etapa do procedimento ocorre o rompimento das membranas das células do morango? R: Na maceração, com a força mecânica. 3. Qual é a função do sal de cozinha? R: O sal faz a dissociação, pois ele neutraliza e ajuda na separação dos outros componentes celulares. Assim ocorre a precipitação das moléculas.4. Qual é o papel do álcool? R: O DNA não é solúvel em álcool. Ele separará, aglutinará e subirá. Ficará na interface entre o suco e o álcool. 5. Por que você não pode ver a dupla hélice do DNA extraído? R: Porque não é possível visualizar a olho nu, sendo necessário utilizar um microscópio digital. 6. Considerando os procedimentos da extração do DNA genômico, você espera obtê-lo sem as quebras mecânicas e/ou químicas? R: Para visualizar é necessário que haja o rompimento da membrana. Sem essa etapa não é possível extrair. 7. Qual é a função do detergente? R: O detergente age nas camadas fosfolipídicas, contribuindo na separação das moléculas. 8. Qual é a função do sal? R: O sal faz a dissociação, pois ele neutraliza e ajuda na separação dos outros componentes celulares. Assim ocorre a precipitação das moléculas. 9. Qual é a importância da temperatura neste procedimento? R: A temperatura é essencial no desarranjo dos fosfolipídios, das membranas e desnaturação parcial das enzimas, evitando que o DNA seja fragmentado, o que dificulta sua extração. 10. Para que filtrar o extrato? R: Para separar o DNA dos outros componentes moleculares desnecessários. 11. Qual é a função do álcool etílico? R: Ele separará, aglutinará e subirá. Ficará na interface entre o suco e o álcool. AULA 3 ROTEIRO 1 Extração de DNA – parte 2 Nesta aula, realizamos a extração do DNA de bactérias. Seguem abaixo o passo a passo e imagens de todo o processo: Frequentemente, é necessária a purificação de DNA de alto peso molecular para a sua manipulação e as análises subsequentes. Os procedimentos mais comuns para a preparação de DNA genômico bacteriano consistem na lise das bactérias, com a utilização de lisozima e/ou detergente, seguida de extrações com solventes orgânicos (fenol/clorofórmio) para a remoção de proteínas. Os ácidos nucleicos são, então, precipitados com o etanol, na presença de concentrações relativamente altas de sal (0,1 M – 0,5 M). Na obtenção de DNA de alto peso molecular (molécula longa e fibrosa) deve ser tomados alguns cuidados para se evitar a sua fragmentação. PROCEDIMENTO DE EXTRAÇÃO DO DNA DE BACTÉRIAS: 1. Centrifugar 14 ml de cultura TSA de Escherichia Coli, a 5000 rpm, por 5 min. Balancear os tubos! (1ª pesagem: 20,5g / 2ª pesagem: 19,83g) 2. Após descartar o sobrenadante (meio da cultura), adicionar 6 mL da solução I (citrato de sódio). Tampar o tubo e ressuspender o precipitado de bactérias por inversão. 3. Adicionar 0,7 mL da solução II (lauril sulfato de sódio). Fechar o tubo e incubá- lo em banho-maria, a 60 °C, por 10 min., com agitação manual suave. 4. Retirar o tubo do banho, abrir e deixá-lo à temperatura ambiente, por 5 min. Adicionar volume igual de acetato de sódio -3M. Não pipetar com a boca! Fechar muito bem o tubo. Agitar, suavemente, por 10 min. à temperatura ambiente. Esta etapa deve ser realizada na capela de exaustão. 5. Centrifugar 5 minutos a 5000 rpm. 6. Remover, delicadamente, a fase aquosa (fase superior) com a pipeta Pasteur, para um tubo falcon. 7. Adicionar 2 vezes o volume da amostra de etanol gelado, pela parede do tubo. 8. “Enrolar” o DNA com uma pipeta Pasteur de ponta curva. Transferi-lo para um tubo de ensaio contendo 10 mL da solução IV (NaCl 1%). Aquecer a 50 ºC, por 10-20 minutos, até a completa dissolução. Figuras 22, 23, 24, 25 e 26 – Processo de extração de DNA de Bactéria - Soluções. Fonte: Própria. Figuras 27, 28, 29, 30 e 31 – Processo de extração de DNA de Bactéria. Fonte: Própria. Questões: 1. Qual é a função do SDS, do clorofórmio e do etanol nas etapas da purificação? Dado: clorofórmio não é miscível em água. R: SDS - romper as membranas celulares; Clorofórmio - agente desnaturante das proteínas contidas na amostra; Etanol - O álcool desidrata o DNA, de maneira que este não fica mais dissolvido no meio aquoso. 2. Por que é possível “enrolar” o DNA no bastão de vidro? R: Porque o DNA é um filamento. 3. Cite dois cuidados importantes para o sucesso da experiência realizada. R: Uso de luvas, não deixar o DNA em temperatura ambiente e utilizar somente materiais esterilizados. AULA 4 ROTEIRO 1 Desenho de Oligonucleotídeos Iniciadores (primers) Na experiência realizada nesta aula, nos foi ensinado a introduzir os bancos de dados de anotação genômica e apresentar as ferramentas de bioinformática, como o primer blast. Os oligonucleotídeos iniciadores (primers) são necessários para a síntese de DNA in vitro. O desenho de iniciadores adequados é importante para o bom rendimento da reação de PCR. O iniciador direto (forward) amplifica fragmentos na mesma direção da transcrição, enquanto o iniciador reverso (reverse) amplifica fragmentos na direção inversa à transcrição. Atualmente, estão disponíveis diversos softwares para o desenho de primers. Contudo, certas recomendações devem ser seguidas e a análise visual detalhada é primordial para a escolha do par correto. Os primers são muito importantes nas reações de PCR, em tempo real, para o diagnóstico da COVID-19. Para a realização dessa reação são desenhados primers específicos para as 3 regiões do RNA viral, o gene que codifica para o nucleocapsídeo (N), o que codifica para RdRp (RNA polimerase dependente de RNA) e o envelope (E). A avaliação desses genes por PCR, em tempo real, permite avaliar se o paciente está ou não contaminado pelo vírus. Tarefas a serem realizadas no computador: 1. Entrar no site: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/; 2. Escolher a base de dados “genome” e digitar “sars cov 2” na busca; 3. Discutir com os alunos as informações apresentadas; 4. Clicar no link que aparece em “RefSeq”; 5. Após, clicar em FASTA (sequência completa do DNA) e Grafics (Organização genômica com a posição dos genes). Aproveitar para introduzir o conceito de ORF e discutir com os alunos alguns genes apresentados; 6. Copiar a referência do genoma no NCBI NC_045512.2; 7. Entrar no site: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/; 8. Colar a referência copiada no primeiro quadro branco, que aparece [Enter accession, gi, or FASTA sequence (A refseq record is preferred)]; 9. Clicar em “Get primers”, no final da página; 10. Aguardar a sugestão de primers pelo programa e discutir com os alunos os parâmetros apresentados (tamanho, temperatura de melting, conteúdo GC, autocomplementariedade); 11. Cheque os seus resultados e eleja a melhor opção, justificando; 12. Desenhe os novos primers alterando os parâmetros. Figura 32 – Desenho primer. Fonte: Retirada do site https://doi.org/10.2807/1560-7917.ES.2020.25.3.2000045. Exercícios: 1. A qual organismo pertence a sequência trabalhada? R: Isolados 2 de Wuhan-Hu-1 da síndrome aguda severa. 2. Qual seria melhor: um primer com o tamanho igual a 15 ou 23 b (considere as condições ideais iguais para os demais parâmetros)? Justifique. R: 23, pois 15 fica pouco específico, acima de 24 muito específico. Ideal 18 a 24. 3. Por que é importante considerar a temperatura de pareamento na hora de confeccionar o primer? R: Porque existe um limite de temperatura. Quanto maior o conteúdo GC, maior a temperatura do anelamento. AULA 4 ROTEIRO 2 Busca de mutações e procura de genes no PUBMED Na experiência realizada nesta aula, acessamos novamente o sinte NCBI, pois segundo nossa professora orientadora, o site PUBMED não era o apropriado para esta atividade. Tarefas a serem realizadas no computador: 1. Entrar no site: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/. Na aba da esquerda, selecionar a palavra “gene”; 2. Digite o nome do gene: IDUA e procure o seu código. Lembre-se que existem váriostipos de IDUA e que queremos procurar o “humano”. Responda: a) Qual é o nome do gene? R: Alpha-L-iduronidose b) Qual é a identidade do gene? R: Gene ID: 3495 c) Qual é a localização desse gene e quantos éxons ele possui? R: Cromossomo 4p 163, 18 exons. d) Cite os três locais onde ele é mais expresso. R: Baço, estômago e tecido adiposo. e) Qual é o número da proteína? R: NP_000194.2 f) Quantos transcritos esse gene possui? R: 12 transcritos. g) Na aba NCBI Reference Sequences (RefSeq) clicar em GenBank. Qual é o tamanho do gene? R: 21.355 BP (pares de base). h) Voltar na página original e ir para a aba mRNA and Protein(s), clicar em NM_000203.5. Qual é o tamanho do mRNA? R: 2.174 BP 3) Usando a sequência a seguir, siga os seguintes passos: 1 agtgcagccc gaagccccgc agtccccgag cacgcgtggc catgcgtccc ctgcgccccc 61 gcgccgcgct gctggcgctc ctggcctcgc tcctggccgc gcccccggtg gccccggccg 121 aggccccgca cctggtgcat gtggacgcgg cccgcgcgct gtggcccctg cggcgcttct 181 ggaggagcac aggcttctgc cccccgctgc cacacagcca ggctgaccag tacgtcctca 241 gctgggacca gcagctcaac ctcgcctatg tgggcgccgt ccctcaccgc ggcatcaagc 301 aggtccggac ccactggctg ctggagcttg tcaccaccag ggggtccact ggacggggcc 361 tgagctacaa cttcacccac ctggacgggt acctggacct tctcagggag aaccagctcc 421 tcccagggtt tgagctgatg ggcagcgcct cgggccactt cactgacttt gaggacaagc 481 agcaggtgtt tgaatggaag gacttggtct ccagcctggc caggagatac atcggtaggt 541 acggactggc gcatgtttcc aagtggaact tcgagacgtg gaatgagcca gaccaccacg 601 actttgacaa cgtctccatg accatgcaag gcttcctgaa ctactacgat gcctgctcgg 661 agggtctgcg cgccgccagc cccgccctgc ggctgggagg ccccggcgac tccttccaca 721 ccccaccgcg atccccgctg agctggggcc tcctgcgcca ctgccacgac ggtaccaact 781 tcttcactgg ggaggcgggc gtgcggctgg actacatctc cctccacagg aagggtgcgc 841 gcagctccat ctccatcctg gagcaggaga aggtcgtcgc gcagcagatc cggcagctct 901 tccccaagtt cgcggacacc cccatttaca acgacgaggc ggacccgctg gtgggctggt 961 ccctgccaca gccgtggagg gcggacgtga cctacgcggc catggtggtg aaggtcatcg 1021 cgcagcatca gaacctgcta ctggccaaca ccacctccgc cttcccctac gcgctcctga 1081 gcaacgacaa tgccttcctg agctaccacc cgcacccctt cgcgcagcgc acgctcaccg 1141 cgcgcttcca ggtcaacaac acccgcccgc cgcacgtgca gctgttgcgc aagccggtgc 1201 tcacggccat ggggctgctg gcgctgctgg atgaggagca gctctgggcc gaagtgtcgc 1261 aggccgggac cgtcctggac agcaaccaca cggtgggcgt cctggccagc gcccaccgcc 1321 cccagggccc ggccgacgcc tggcgcgccg cggtgctgat ctacgcgagc gacgacaccc 1381 gcgcccaccc caaccgcagc gtcgcggtga ccctgcggct gcgcggggtg ccccccggcc 1441 cgggcctggt ctacgtcacg cgctacctgg acaacgggct ctgcagcccc gacggcgagt 1501 ggcggcgcct gggccggccc gtcttcccca cggcagagca gttccggcgc atgcgcgcgg 1561 ctgaggaccc ggtggccgcg gcgccccgcc ccttacccgc cggcggccgc ctgaccctgc 1621 gccccgcgct gcggctgccg tcgcttttgc tggtgcacgt gtgtgcgcgc cccgagaagc 1681 cgcccgggca ggtcacgcgg ctccgcgccc tgcccctgac ccaagggcag ctggttctgg 1741 tctggtcgga tgaacacgtg ggctccaagt gcctgtggac atacgagatc cagttctctc 1801 aggacggtaa ggcgtacacc ccggtcagca ggaagccatc gaccttcaac ctctttgtgt 1861 tcagcccaga cacaggtgct gtctctggct cctaccgagt tcgagccctg gactactggg 1921 cccgaccagg ccccttctcg gaccctgtgc cgtacctgga ggtccctgtg ccaagagggc 1981 ccccatcccc gggcaatcca tgagcctgtg ctgagcccca gtgggttgca cctccaccgg 2041 cagtcagcga gctggggctg cactgtgccc atgctgccct cccatcaccc cctttgcaat 2101 atatttttat attttattat tttcttttat atcttggtac caacgccccc tttaaagcgg 2161 ctttgcacag gtca a) Abra o site do pubmed em uma outra aba. No final da página, clique em Blast. b) Clique em nucleotide blast, digite e cole a sequência dada. Clique em human genomic. Qual é o gene que foi encontrado? R: Gene alpha-L-iduronidase variante 1. c) Observe, atentamente, e veja se há alguma alteração de base. Se sim, qual é a posição e a troca? R: Sim. Alteração mismatch, troca de guanina para adenina. Posição 494 – base que indica uma mutação de substituição de base de guanina para adenina. 4. Procure um artigo no pubmed sobre uma doença genética que você tenha interesse. Lembre-se de procurar o nome da doença em inglês. Escreva, aqui, o número do artigo. R: R.Q. Alcântara, C.A. Martins, C. Puton, P.P.R. Macêdo, B.C.R. Silva, G.P. Bertholucci, M.O. Andrade, J.F. Fernandes, P.P. Katopodis, A.M.T.C. Silva, A DOENÇA FALCIFORME NO CENÁRIO DE PANDEMIA DA COVID-19: REVISÃO DA LITERATURA, Hematology, Transfusion and Cell Therapy, Volume 42, Supplement 2, 2020, Page 28, ISSN 2531-1379, https://doi.org/10.1016/j.htct.2020.10.046. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2531137920303321) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CORMAN. et al, 2020. Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR. Euro Surveillance, 2020. Disponível em: https://doi.org/10.2807/1560-7917.ES.2020.25.3.2000045. Acesso em 01 de dezembro de 2022. GOUVEIA, João J., REGITANO, Luciana C. “Protocolos da Biologia Molecular” Disponível em: https://core.ac.uk/download/pdf/45489437.pdf. Acesso em 01 de dezembro de 2022. JUNQUEIRA, Luiz Carlos Uchoa; CARNEIRO, José – Biologia Celular e Molecular – Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2015. PERES, Giovani Bravin, et al - Biologia Molecular Aplicada à Biomedicina – São Paulo: Editora Sol, 2020. R.Q. Alcântara, C.A. Martins, et al. - A DOENÇA FALCIFORME NO CENÁRIO DE PANDEMIA DA COVID-19: REVISÃO DA LITERATURA, Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.htct.2020.10.046. Acesso em 01 de dezembro de 2022. Figura 32 “Desenho - Primer” Disponível em: https://doi.org/10.2807/1560- 7917.ES.2020.25.3.2000045. Acesso em 01 de dezembro de 2022.
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