Biotecnologia e Engenharia Genética

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Biotecnologia – Clonagem, terapia gênica e tratamentos
2ª SÉRIE
Aula 10 – 3º Bimestre
Biologia
Etapa Ensino Médio
Biotecnologia; 
Engenharia genética;
Clonagem.
Compreender clonagem;
Analisar a importância e os benefícios da aplicação de técnicas de engenharia genética;
Analisar e debater situações controversas sobre aplicação de técnicas de engenharia genética como a clonagem.
Conteúdo
Objetivos
(EM13CNT304) Analisar e debater situações controversas sobre a aplicação de conhecimentos da área de Ciências da Natureza (tais como tecnologias do DNA, tratamentos com células-tronco, neurotecnologias, produção de tecnologias de defesa, estratégias de controle de pragas, entre outros), com base em argumentos consistentes, legais, éticos e responsáveis, distinguindo diferentes pontos de vista. 
Sugestão de tempo: 
Para começar: 3 minutos
Foco no conteúdo: 15 minutos
Na prática: 17 minutos
Aplicando: 10 minutos
Saiu na mídia
Você sabe o que é xenotransplante? 
Virem e conversem!
3 minutos
Para começar
https://jornal.usp.br/atualidades/rim-de-porco-e-esperanca-para-quem-aguarda-por-transplante/ 
Xenotransplante é o uso de órgãos, células e tecidos animais em humanos. 
Modificações genéticas são necessárias para evitar a rejeição do órgão do animal no corpo humano.
Foco no conteúdo
https://blog.meudna.com/xenotransplantes-do-porco-ao-homem/ 
No segundo semestre de 2021, foram feitos os primeiros transplantes de rim de porcos para humanos. 
Os rins transplantados funcionaram normalmente e não mostraram sinais de rejeição durante os três meses do estudo. No entanto, os procedimentos foram feitos em humanos com morte cerebral, ou seja, sem chances de recuperação.
Os benefícios da aplicação de técnicas de engenharia genética com a finalidade de possibilitar o transplante de órgãos suínos para seres humanos:
são, prioritariamente, a solução para a diminuição do tempo de espera por transplantes;
vão além do tratamento para algumas doenças.
Foco no conteúdo
“Existem três genes principais que causam rejeição aguda. Hoje, com a tecnologia de edição, a gente pode silenciar esses genes”, afirma. Com isso, é possível criar porcos geneticamente modificados para a doação de órgãos. Segundo Mayana Zatz, professora do Instituto de Biociências (IB) da USP, a escolha pelos suínos deve-se a semelhanças biológicas com os humanos.
Como são denominadas as técnicas que envolvem a manipulação de material genético?
Para não desencadear (ou diminuir drasticamente) a rejeição no corpo do receptor (ser humano), o porco utilizado foi geneticamente modificado. Como isso pode ser feito?
Na prática
Os porcos criados para xenotransplantes, por engenharia genética, são geneticamente modificados para serem mais compatíveis com humanos utilizando a tecnologia CRISPR de edição de DNA.
MATERIAL DE APOIO
Xenotransplantes: do porco ao homem – 
Blog meudna.com. Disponível em: https://blog.meudna.com/xenotransplantes-do-porco-ao-homem/. Acesso em: 27 jun. 2023. 
CRISPR: editando o DNA – Blog meudna.com. Disponível em: 
https://blog.meudna.com/crispr-editando-o-dna/. Acesso em: 27 jun. 2023. 
Correção
Na prática
Clonagem é o processo de criação de um organismo geneticamente idêntico a outro. A palavra "clone" refere-se a um grupo de células, organismos ou moléculas que é derivado de uma única entidade original por meio de reprodução assexuada ou de técnicas de engenharia genética.
A clonagem tem aplicações em diversas áreas, como pesquisa científica, medicina, agricultura e conservação de espécies. Ela pode ser utilizada para estudar a função de genes específicos, produzir biofármacos, animais com características desejáveis ​​em programas de melhoramento genético, desenvolver tecidos e órgãos para transplantes e até mesmo preservar espécies ameaçadas de extinção.
Foco no conteúdo
A clonagem pode ocorrer em diferentes níveis:
No nível molecular, é possível clonar sequências específicas de DNA, produzindo várias cópias idênticas de um fragmento de interesse. Esse tipo de clonagem é comumente usado em pesquisas e aplicações biotecnológicas.
No nível celular, a clonagem envolve a produção de células geneticamente idênticas a partir de uma única célula, seja por meio da divisão celular, seja por meio da reprogramação de uma célula somática para um estado pluripotente, como as células-tronco.
Foco no conteúdo
É sabido que existem clones naturais e podemos observá-los no nosso dia a dia, como plantas, bactérias e outros seres vivos originados a partir da reprodução assexuada, e até os gêmeos idênticos. 
O próprio DNA tem capacidade de se autoduplicar, gerando, assim, uma cópia de si mesmo. 
Na reprodução assexuada, não há o encontro de gametas, o que impede a variabilidade genética. Os seres provenientes desse tipo de reprodução são geneticamente iguais ao organismo que os originou (clones). Os procariontes e vários eucariontes reproduzem-se de forma assexuada. Há muitas formas de fazer isso, por exemplo, por brotamento, partenogênese, fragmentação, fissão binária e esporulação.
Foco no conteúdo
A imagem representa uma violeta, que possui uma forma simples de obtenção de mudas, mediante o enraizamento da folha. Sabemos que a formação de clones ocorre naturalmente na natureza por meio do processo de:
a) reprodução assistida.
b) conjugação.
c) reprodução assexuada.
d) fecundação interna.
e) reprodução sexuada.
Na prática
https://www.pngwing.com/pt/free-png-vhdgc/download 
A imagem representa uma violeta, que possui uma forma simples de obtenção de mudas, mediante o enraizamento da folha. Sabemos que a formação de clones ocorre naturalmente na natureza por meio do processo de:
a) reprodução assistida.
b) conjugação.
c) reprodução assexuada.
d) fecundação interna.
e) reprodução sexuada.
Correção
Na prática
https://www.pngwing.com/pt/free-png-vhdgc/download 
Clonagem de DNA: técnica da biologia molecular para fazer muitas cópias idênticas de um pedaço de DNA, tal como um gene. Uma de suas finalidades é sintetizar proteínas, por exemplo, a insulina humana.
Insulina: hormônio produzido no pâncreas. Por meio da corrente sanguínea chega e liga-se às células do corpo, promovendo a absorção da glicose (açúcar). 
Na década de 1980, os cientistas começaram a desenvolver novas técnicas de produção de insulina humana utilizando bactérias como pequenas fábricas de hormônio. Essa insulina recombinante, produzida pela combinação de DNA humano e de bactérias, atualmente é o tratamento básico usado para diabéticos tipo I.
Foco no conteúdo
Um gene-alvo é inserido num pedaço circular de DNA chamado de plasmídeo.
Corta-se o plasmídeo, utilizando uma enzima de restrição.
Abre-se o plasmídeo para "inserir" o gene. A enzima DNA ligase une/cola o DNA.
Foco no conteúdo
O plasmídeo é introduzido em bactérias por meio de um processo chamado transformação (ilustrado pelo choque térmico na imagem).
Foco no conteúdo
Bactérias portadoras de plasmídeo são selecionadas utilizando-se antibióticos.
As bactérias com o plasmídeo correto são utilizadas para produzirem mais DNA do plasmídeo ou, em alguns casos, induzidas a expressar o gene e produzir proteína.
Foco no conteúdo
As bactérias servem como “minifábricas”, produzindo grandes quantidades de proteína. 
O plasmídeo continha o gene da insulina humana, as bactérias começariam a transcrição do gene e a tradução do RNAm para produzir muitas moléculas da proteína insulina humana.
A insulina é purificada para ser administrada nos pacientes com diabetes tipo 1.
Foco no conteúdo
A clonagem reprodutiva, também conhecida como clonagem de organismos completos, é o processo pelo qual um organismo geneticamente idêntico a outro é produzido. 
Nesse tipo de clonagem, um indivíduo é replicado em sua totalidade, incluindo seu material genético (DNA).
Vamos entender essa técnica usando o exemplo da ovelha Dolly, primeiro mamífero a ser clonado (1996) a partir de uma célula somática adulta.
Foco no conteúdo
O processo de clonagemreprodutiva envolve algumas etapas fundamentais:
Coleta de material genético: o primeiro passo é obter uma célula somática do organismo doador que se deseja clonar. Essa célula pode ser retirada de qualquer tecido do corpo, como a pele ou músculo.
Célula somática
Foco no conteúdo
Transferência nuclear: após a coleta da célula somática, o núcleo é removido dessa célula e inserido em um óvulo não fertilizado, do qual o núcleo original foi previamente removido. O óvulo, agora com o novo núcleo, contém o material genético idêntico ao do organismo doador.
Óvulo com núcleo contendo o DNA do doador
Foco no conteúdo
Estimulação do desenvolvimento: para iniciar o desenvolvimento do novo organismo, o óvulo com o novo material genético é induzido a se dividir por meio de estímulos elétricos ou químicos, como se fosse fertilizado naturalmente.
Implantação e gestação: o embrião resultante é então implantado no útero de uma fêmea receptora, que atua como uma mãe de aluguel. A fêmea receptora irá gestar o embrião e permitir que ele se desenvolva até o nascimento.
Foco no conteúdo
A clonagem também levanta questões éticas e sociais complexas, envolvendo a segurança dos organismos clonados, a propriedade dos clones, a identidade individual e a manipulação genética. Por isso, é um tema que continua a ser debatido e regulamentado em diferentes países.
Em duplas, sistematizem, em um pequeno texto, o que estudamos em aulas anteriores sobre bioética e engenharia genética.
10 minutos
Todo mundo escreve
Aplicando
MATERIAL DE APOIO
Biotecnologia II: DNA Recombinante, Terapia Gênica e Transgênicos. Disponível em: https://youtu.be/dzwBBhhQkvY. Acesso em: 28 jun. 2023.
Clonagem de DNA e DNA recombinante. Disponível em:
https://cutt.ly/hSIWsci. Acesso em: 28 jun. 2023.
Clonagem reprodutiva e clonagem terapêutica. Disponível em: https://cutt.ly/bSIPjPD. Acesso em: 28 jun. 2023.
Aplicando
Compreendemos clonagem;
Analisamos a importância e os benefícios da aplicação de técnicas de engenharia genética;
Analisamos as situações controversas sobre a aplicação de técnicas de engenharia genética como a clonagem.
O que aprendemos hoje?
Tarefa SP
Localizador: 98635
Professor, para visualizar a tarefa da aula, acesse com seu login: tarefas.cmsp.educacao.sp.gov.br
Clique em “Atividades” e, em seguida, em “Modelos”.
Em “Buscar por”, selecione a opção “Localizador”.
Copie o localizador acima e cole no campo de busca.
Clique em “Procurar”. 
Videotutorial: http://tarefasp.educacao.sp.gov.br/
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LEMOV, Doug. Aula Nota 10 2.0: 62 técnicas para melhorar a gestão da sala de aula. Porto Alegre: Penso, 2018.
SÃO PAULO (Estado). Currículo em Ação: Caderno do Professor – Biologia – Ensino Médio – 2ª série – 3º bimestre. São Paulo: Seduc-SP, 2023. Disponível em: https://efape.educacao.sp.gov.br/curriculopaulista/wp-content/uploads/2022/07/2serie-3Bim-Prof-CNT.pdf. Acesso em: 15 maio 2023.
Referências
Por favor, NÃO remover o link do Currículo em Ação.
Slide 3 – Rim de porco é esperança para quem aguarda por transplante. Rodrgio Tammaro. Jornal USP no Ar. Disponível em: https://jornal.usp.br/atualidades/rim-de-porco-e-esperanca-para-quem-aguarda-por-transplante/. Acesso em: 27 jun. 2023. 
Slides 4 e 5 – Xenotransplante: do porco ao homem. Letícia Marconi. Disponível em: https://blog.meudna.com/xenotransplantes-do-porco-ao-homem/. Acesso em: 27 jun. 2023.
Slides 14 ao 16 – Clonagem de DNA. Khan Academy. Disponível em: https://pt.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/biotechnology/a/overview-dna-cloning. 
Referências
Por favor, NÃO remover o link do Currículo em Ação
Lista de imagens e vídeos
Slides 3 e 22 – Freepik 
Slide 4 – https://blog.meudna.com/xenotransplantes-do-porco-ao-homem/
Slide 11 – https://www.pngwing.com/pt/free-png-vhdgc/download
Slides 14 ao 16 – https://pt.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/biotechnology/a/overview-dna-cloning 
Slides 18 ao 21 – Imagem produzida pelos autores.
Referências
Material 
Digital