Estudo Dirigido 1 - Ciencias Biologicas - Ed1 Ciencias Biologicas - Lista 4

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Ed Bio 1 - Lista 4
Células-Tronco / Clonagem /Transgênico 
 Você sabe o que é biotecnologia?
A biotecnologia é uma área interdisciplinar fortemente ligada à pesquisa científica e tecnológica que tem como principal objetivo desenvolver processos e produtos utilizando agentes biológicos. 
De acordo com a ONU, "Biotecnologia significa qualquer aplicação tecnológica que utilize sistemas biológicos, organismos vivos, ou seus derivados, para fabricar ou modificar produtos ou processos para utilização específica." (ONU, Convenção de Biodiversidade 1992, Art. 2). 
A Biotecnologia moderna engloba áreas de aplicações biológicas em saúde e biomedicina, na agricultura e na produção de insumos industriais, com uma forte orientação multidisciplinar e experimental. 
As células-tronco 
Vídeo:< https://www.youtube.com/watch?v=PUoA2JJwRJE >
Células-tronco são aquelas capazes de originar os diferentes tipos de células do organismo, por ainda não terem sofrido diferenciação. A célula-tronco com maior capacidade de diferenciação é o zigoto: a partir dela, por divisões, são formados todos os mais de 200 tipos de células que constituem o corpo humano (musculares, nervosas, sanguíneas, hepáticas, etc.). Por apresentar essa propriedade, o zigoto é chamado de totipotente. 
Nos primeiros estágios do desenvolvimento, à medida que sofrem divisão, as células vão se modificando aos poucos, até adquirir forma e função definitivas. Esse processo é chamado de diferenciação celular. Células tão distintas, como as do pâncreas, do fígado, da pele ou dos músculos, provêm, todas elas, do zigoto inicial, por divisões de diferenciação. 
Na maior parte dos casos, o processo de diferenciação parece ser um caminho sem volta. Isso quer dizer que uma célula já diferenciada não pode mais originar outro tipo de célula. A célula muscular, por exemplo, que já é diferenciada, "perdeu" a capacidade de se transformar em uma célula do fígado. Quanto mais "longe" uma célula caminhar na trilha da diferenciação, aparentemente menores serão suas chances de "voltar" e tomar outros caminhos.
Como explicar a perda dessas potencialidades na célula diferenciada?
Sabemos que na célula inicial, o zigoto, existem todos os genes necessários para dar origem aos diferentes tipos celulares. A célula diferenciada também apresenta todos os genes que existiam no zigoto. Porém, aceita-se que, na célula diferenciada, a maior parte desses genes foi "desligada" ao longo do processo, permanecendo ativos apenas os genes relacionados à função específica daquela célula. Assim, as células do fígado têm genes para o funcionamento do pâncreas, do músculo e da pele. No entanto, esses genes estão desativados, funcionando apenas aqueles necessários à função hepática.
Células-tronco: embrionárias e adultas
As células-tronco não existem somente no embrião. Há células-tronco também em algumas regiões do organismo adulto. O potencial de diferenciação das células-tronco adultas, no entanto, é menor do que o das embrionárias.
Células-tronco embrionárias
O esquema abaixo mostra estágios iniciais do desenvolvimento do embrião humano. Após a fecundação, o zigoto se divide por mitoses sucessivas até o estágio de mórula, com 8 nas 16 células chamadas blastômeros.
Figura 1: Células-tronco
Fonte: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Os blastômeros se afastam uns dos outros, permitindo a formação de uma cavidade interna. Com isso, a estrutura passa a ser chamada de blastocisto. Nele, um grupo de células, a massa celular interna, originará o embrião. As células da parede do blastocisto, nesta fase, implantam-se no útero, iniciando a formação da placenta. Tanto as células da mórula como as da massa celular interna são células-tronco, com alto potencial para originar diversos tipos celulares.
Na mórula de 8 células, todas elas são células totipotentes, enquanto as da massa celular interna do blastocisto são apenas pluripotentes, pois têm a capacidade de formar apenas os diferentes tipos celulares, mas não os anexos embrionários, como a placenta. Sua capacidade de diferenciação é menor do que a dos blastômeros.
Com a aprovação da Lei de Biossegurança, a realização de pesquisas com células-tronco embrionárias passa a ser permitida no Brasil, todavia, a lei estabelece algumas restrições para pesquisas com essas células, como:
• Os embriões precisam estar congelados há pelo menos três anos;
• Só podem ser usadas por meio de consentimento dos genitores;
• Não será permitido o comércio de embriões, nem sua produção e manipulação genética;
• São proibidas as clonagens terapêuticas, para aplicação em pesquisas e a reprodutiva.
As terapias com o uso de células-tronco ainda estão em fase de pesquisa, podendo ser aplicadas somente de forma experimental por pesquisadores cujo projeto de pesquisa tenha sido aprovado previamente nos Comitês de Ética em Pesquisa (CEPs).
Vídeo:< http://www.youtube.com/watch?v=DG8VGFhmrw4 >
Células-tronco adultas
No adulto, o sangue é produzido constantemente e as células da pele e das mucosas do sistema digestório se renovam o tempo todo. No caso do sangue, a medula óssea vermelha contém células hematopoiéticas da linhagem linfoide – que se diferenciam em linfócitos – e células da linhagem mieloide – que dão origem aos demais leucócitos e às hemácias. Na epiderme, as mitoses ocorrem nas células da camada mais basal, chamada de camada germinativa. Tanto as linhagens mieloide e linfoide do sangue como as células da camada germinativa da epiderme são exemplos de células-tronco do organismo adulto.
Além dessas mencionadas, no adulto também foram identificadas células-tronco em outros locais: no cérebro, na córnea, nos músculos, na parede dos vasos sanguíneos, no tecido adiposo e na polpa dentária.
As células-tronco adultas são apenas multipotentes, pois têm menor capacidade de diferenciação do que as células-tronco embrionárias.
Figura 2: Células-tronco adultas 
 
Fonte: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Saiba mais em:
< http://www.biologia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=18021 >
< https://www.youtube.com/watch?v=lQSEejmmcVw >
< http://www.biologia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=12327 >
< http://www.biologia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=15428 >
Clonagem
< http://www.filosofia.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=10996 >
O que são clones?
Os clones são cópias geneticamente idênticas, obtidas de um indivíduo inicial. Quando, por exemplo, cultivam-se bactérias em meio de cultura, todos os descendentes provêm de um único organismo que se reproduziu de maneira assexuada e, por isso, constituem clones.
Quando se propaga uma planta por meio de estacas – pedaços do caule –, os organismos originados são clones, ou seja, geneticamente idênticos à planta que forneceu as estacas.
Na espécie humana, os gêmeos idênticos, que provêm de um único zigoto, são clones, já que eles têm patrimônio genético idêntico.
O termo clone tem sido empregado para designar não somente organismos, mas também células ou ainda moléculas de DNA obtidas de uma amostra original. 
A ovelha Dolly
A obtenção de clones em laboratório não é exatamente uma novidade. Muitas décadas atrás, os cientistas conseguiram clones de anfíbios enxertando o núcleo de uma célula de embrião em estágio precoce – uma blástula, por exemplo – em um óvulo anucleado. O óvulo que recebeu o núcleo passou a se comportar como um zigoto, dividindo-se ativamente até originar um animal adulto. No entanto, quando o núcleo enxertado era de um embrião em estágio mais avançado, o experimento não tinha sucesso.
Figura 3: Clonagem
Fonte: Disponível em: < http://www.inpe.br/50anos/english/timeline/96.html >. Acesso em: 20 mar. 2015.
A grande novidade, em relação à ovelha Dolly, foi o fato de conseguir um clone pelo enxerto de núcleos de células adultas – portanto, já diferenciadas – em ovócitos de ovelha. O trabalho iniciou-se
com a cultura de células de glândulas mamárias de ovelhas da raça finn-dorset e com a remoção dos núcleos de ovócitos de ovelha da raça scotish black-face. A fusão das células aos ovócitos, por estímulo elétrico, resultou em 247 embriões (mórulas), que foram transferidos para 13 mães de aluguel, ovelhas da raça scotish black-face. Apenas uma dessas ovelhas gerou outra ovelha, batizada de Dolly, clone da finn-dorset, doadora da célula mamária. Assim, o que parecia impossível aconteceu: um clone a partir de núcleo de uma célula de um animal adulto, já diferenciada.
Figura 4: Clone
Fonte: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
A clonagem reprodutora e a espécie humana
O exemplo da ovelha Dolly é um caso de clonagem reprodutora, em que são formados indivíduos geneticamente idênticos ao doador. Na espécie humana, a clonagem reprodutora é teoricamente possível, embora extremamente polêmica.
Imagine o caso, por exemplo, de uma mulher cujos ovócitos sejam enucleados recebendo, depois, núcleos de suas próprias células. Esses "zigotos" assim formados poderiam ser implantados no seu próprio útero, e os bebês gerados seriam clones da mulher em questão.
Por enquanto, os meios científicos e religiosos se opõem totalmente à clonagem reprodutora da espécie humana, podendo haver até a proibição de pesquisas a respeito em alguns países.
A clonagem terapêutica
Essa técnica, ainda proibida pela Lei de Biossegurança, poderia permitir o tratamento de vários tipos de doenças, por fornecer células-tronco com grande capacidade de diferenciação.
O problema na utilização de células-tronco, quando elas não provêm do próprio paciente, é o risco de induzirem à formação de anticorpos, levando a sua rejeição. O esquema abaixo mostra como a clonagem terapêutica pode levar à obtenção de células-tronco geneticamente idênticas às do paciente, portanto, sem o risco de rejeição.
Em um núcleo enucleado, deve-se enxertar um núcleo da célula (já diferenciada) do paciente. Assim, é formado um "zigoto" (1), que pode ser cultivado até a fase de blastocisto. Pode-se, então, retirar células-tronco (2) da massa celular interna que, em meio de cultura, diferenciariam-se até o resultado desejado, sendo, em seguida, utilizadas no paciente (3).
Figura 5: Clonagem terapêutica
 Fonte: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=DG8VGFhmrw4
Saiba mais em:
< http://globotv.globo.com/rede-globo/globo-rural/v/laboratorio-desenvolve-tecnologia-de-clonagem-de-equinos-em-sp/3931951/ >
Transgênicos
Em 1973, os geneticistas americanos Stanley Norman Cohen e Herbert Boyer obtiveram o primeiro organismo transgênico, ou seja, um organismo geneticamente modificado (OGM): a bactéria Escherichia coli, que recebeu um segmento de DNA da rã africana (Xenopus laevis). Essa nova tecnologia, batizada de tecnologia do DNA recombinante, teve um grande desenvolvimento, produzindo desde microrganismos, como vírus e bactérias, até plantas e animais transgênicos. Muitas vezes, utiliza-se a expressão "engenharia genética" para designarmos essa e outras técnicas semelhantes.
Figura 6: Técnica do DNA recombinante e sua transferência para outro organismo
Fonte: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
É importante saber que a engenharia genética faz uso de diversas ferramentas, como, por exemplo:
• Vetores: vírus e bactérias nos quais é inserido o DNA exógeno, que poderá, mais tarde, ser incorporado a outro organismo.
• Enzimas: sendo as principais as de restrição (ou endonucleases), que cortam o DNA em pontos determinados; as ligases, que unem fragmentos de DNA para a produção de moléculas recombinadas; e a DNA polimerase, que produz fita complementar de DNA.
Organismos portadores de DNA de outra espécie, como as bactérias utilizadas na produção de proteínas humanas medicamentosas, são chamados transgênicos, pois foram gerados pela transferência de material genético de outra espécie, ou transgenia.
Figura 7: Transgênicos
Fonte: Disponível em: < http://ciencia.hsw.uol.com.br/transgenicos3.htm >. Acesso em: 20 mar. 2015.
As técnicas de manipulação do DNA possibilitaram a transferência de genes também entre organismos eucarióticos, como animais e plantas. Os geneticistas têm produzido transgênicos de diversas espécies de animais, plantas e fungos para obter ou modificar alguma característica de interesse.
Os transgênicos são hoje indispensáveis em diversos estudos acadêmicos que visam compreender melhor a estrutura e o funcionamento dos seres vivos. Eles têm sido também uma importante ferramenta na área de melhoramento genético, permitindo a geração de novas linhagens de animais e plantas potencialmente mais lucrativas, como soja resistente a herbicidas e milho e algodão resistentes a pragas.
Animais transgênicos
O primeiro animal transgênico foi o chamado supermouse. Em um zigoto normal de rato, foi injetado um fragmento de DNA com o gene humano para o hormônio de crescimento e, como resultado, obteve-se um filhote que se desenvolveu muito mais rápido do que seus irmãos normais, atingindo o dobro do tamanho deles.
Muitos animais transgênicos são utilizados hoje como biofábricas, assim chamados por produzirem, graças aos genes neles inseridos, substâncias para fins medicinais.
Como são produzidos animais transgênicos?
O primeiro "transplante" bem-sucedido de genes entre animais foi realizado em 1981. Fragmentos de DNA de coelho, contendo um gene para a hemoglobina, foram injetados em células-ovo de camundongo.
Alguns dos camundongos originados desses zigotos tinham hemoglobina de coelho em suas hemácias. Portanto, o DNA injetado no ovo incorporou-se a um cromossomo e transmitiu-se de uma geração de células para outra durante as mitoses ocorridas no desenvolvimento do animal. Quando os camundongos transgênicos foram cruzados, o gene de coelho incorporado ao seu genoma foi transmitido de geração em geração, segundo as leis básicas da herança genética.
Na produção de transgênicos de mamíferos geralmente são utilizadas células-ovo geradas por fecundação in vitro, processo em que óvulos retirados das fêmeas são colocados em um líquido apropriado contendo espermatozoides. O processo de fecundação é acompanhado ao microscópio e segmentos do DNA que se deseja incorporar são injetados na célula-ovo recém-formada. A microinjeção é feita com uma finíssima agulha de vidro acoplada a uma aparelhagem de micromanipulação. Os embriões originados são implantados no útero de fêmeas, onde se desenvolvem.
Em geral, uma ou mais moléculas do DNA injetado incorporam-se aos cromossomos da célula-ovo e são transmitidas às células-filhas, quando o zigoto se divide; assim, todas as células do indivíduo conterão o DNA transplantado. Quando o organismo transgênico se reproduzir, os genes incorporados serão transmitidos à descendência como qualquer outro gene.
Figura 8: Animais transgênicos
Fonte: AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia em Contexto. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2013. v. 2.
Transgênicos entre animais e plantas
A criação de organismos transgênicos proporcionou um grande desenvolvimento no ramo da agricultura. Empresas multinacionais investiram muito na produção de plantas com novas características que lhes conferem vantagens, especialmente maior resistência a pragas e maior valor nutricional.
A manipulação genética de plantas é relativamente mais fácil que a de animais, pois é possível obter uma planta completa a partir de uma única célula vegetal geneticamente transformada.
Figura 9: Transgênicos
Fonte: Disponível em: < http://ciencias4all.wordpress.com/2011/11/24/especialalimentos-transgenicos-solucao-parte-2/ >. Acesso em: 20 mar. 2015.
Nos últimos anos, transgênicos de plantas tornaram-se amplamente conhecidos por grande parte da população, principalmente em virtude das polêmicas sobre o plantio de certa variedade transgênica de soja. Essas plantas receberam
um gene bacteriano que confere resistência a determinadas substâncias herbicidas, utilizadas para matar ervas daninhas que crescem nos campos de cultivo. Com isso, os agricultores podem empregar herbicidas que eliminam todas as outras plantas, menos a soja transgênica, o que diminui o trabalho de limpeza do campo de cultivo; além disso, sem as plantas competidoras, a produtividade da lavoura de soja aumenta.
Vídeo:< https://www.youtube.com/watch?v=oIpnGbYyT_Q >
A comercialização de derivados de organismos transgênicos só é liberada após inúmeros testes para comprovar sua segurança tanto no que se refere à saúde das pessoas e animais consumidores quanto ao meio ambiente. No Brasil, as atividades e projetos que envolvem OGM e seus derivados são regulados pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), criada pela Lei n. 11.105, de 24 de março de 2005.
A CTNBio já aprovou o plantio comercial de diversas plantas transgênicas, entre elas a soja, o milho e o algodão, cujas áreas cultivadas aumentam ano a ano. Em 2011, 80% da soja produzida no Brasil era transgênica. Nesse ano, o Brasil está em segundo lugar no cultivo de plantas transgênicas no ranking mundial dos 29 países produtores, ficando atrás apenas dos EUA.
Saiba mais em:< https://www.youtube.com/watch?v=7i7zyuNMOc0 >
Bibliografias Consultadas:
 AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia em Contexto. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2013. v. 2.
Biotecnologia. Disponível em: < http://www.sjc.unifesp.br/biotec_ict/?page_id=46 >. Acesso em: 02 abr. 2015.
Células-tronco. Disponível em: < http://bvsms.saude.gov.br/bvs/dicas/168celulas_tronco.html >. Acesso em: 02 abr. 2015.
SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.