TEMA 1 - Engenharia Genética e Dna Recombinante

Prévia do material em texto

Engenharia genética e DNA
recombinante
Histórico do desenvolvimento da biotecnologia e da engenharia genética, seus desafios, apresentação da
clonagem molecular e suas aplicações em saúde humana.
Profa. Camila Freze Baez
1. Itens iniciais
Propósito
Entender as ferramentas de biotecnologia aplicadas à engenharia genética e seus desafios práticos e éticos é
fundamental para aplicações avançadas na manipulação de organismos na agroindústria, ecologia e Medicina.
Objetivos
Identificar conceitos-chave em biotecnologia e seus desafios éticos.
 
Distinguir as ferramentas usadas para manipulação genética de organismos.
 
Reconhecer aplicações da tecnologia do DNA recombinante.
Introdução
Uma das áreas em rápida expansão da Biologia é a biotecnologia. Por definição e convenção internacional, a
biotecnologia é entendida como o uso de processos biológicos dos seres vivos, como plantas, animais e
micro-organismos, para avanço tecnológico médico, industrial e agrícola. Nesse sentido, a biotecnologia tem
sido utilizada pela humanidade há milênios, especialmente pelo uso de micro-organismos para produção de
comida (pães, bolos, vinhos, cervejas e queijos) por fermentação, e melhoramento de produtos animais e
vegetais por meio de cruzamentos seletivos. Pequenos usos que, inicialmente, permitiram a produção de
alimentos mais duradouros do que os grãos originais e, a longo prazo, abriram caminho para o
desenvolvimento social e tecnológico da humanidade.
 
Atualmente, o termo biotecnologia é usado comumente para se referir a modificações e melhoramentos
genéticos de animais, plantas e micro-organismos, com intuito de obtenção de produtos. Por isso, o termo
acaba se sobrepondo à engenharia genética, que dispõe de um conjunto de ferramentas de alta tecnologia
para a modificação e edição de genes nos mais diversos organismos – objeto do estudo a seguir.
• 
• 
• 
1. Conceitos-chave em biotecnologia e seus desafios éticos
Introdução
Há milênios a humanidade vem usando
processos biológicos para a geração de
produtos. Comidas e bebidas fabricadas por
fermentação são exemplos de produtos
biotecnológicos (no sentido mais amplo) que
eram feitos sem se saber como. Nossos
antepassados apenas sabiam que deixar
cereais e sucos em ambiente vedado, sem
contato com o ar do exterior, resultaria no
crescimento de massas e na produção de
bebidas com álcool. Conforme avançamos
científica e tecnologicamente, conseguimos
não apenas entender melhor os processos
biológicos, como também melhorá-los e
modificá-los.
Conceitos e histórico da biotecnologia
Existem evidências que datam de mais de 8 mil anos sobre fermentação alcoólica para produção, na China, de
cervejas feitas de arroz, uvas e mel. Mais antigo ainda, originado no Oriente Médio, o pão tem sido fabricado a
partir de trigo, água, fermentação e calor por mais de 9 milênios.
 
Foi após a invenção do microscópio óptico (invenção do século XVII) que a humanidade soube que a
fermentação acontece pela ação de micro-organismos – especificamente, as leveduras e bactérias –
descoberta feita pelo notório cientista Louis Pasteur, no século XIX.
 
A fermentação consiste no processo bioquímico de produção de energia pela quebra de açúcares dentro das
células, em ambiente anaeróbico. Para se manter viva, a célula precisa que seu metabolismo esteja ativo e,
para isso, necessita de energia. A principal fonte de energia usada pela célula é a quebra da glicose, em um
processo chamado de glicólise.
Esquema simplificado da glicólise, e fermentação láctea e alcoólica.
A quebra da glicose gera piruvato, ATP e elétrons livres. Estes últimos são carregados por compostos
orgânicos (nicotinamida adenina dinucleotídeo – NAD+), na forma reduzida (NADH+H+). Para ser reutilizado
pela célula, NADH+H+ precisa passar esses elétrons adiante.
Piruvato, ATP
Piruvato Na glicólise, uma molécula de glucose gera duas moléculas de piruvato, cada uma com três
carbonos. ATP É uma das principais formas de energia química da célula; sua quebra em ADP+Pi gera
energia para diversas reações biológicas. 
Na presença de oxigênio, as células podem usá-lo como o aceptor (ou receptor) final dos elétrons
através da cadeia respiratória. Quando não há oxigênio disponível, o processo de transferência de
elétrons para um aceptor final é chamado de fermentação.
Existem ao menos dois tipos principais de fermentação: o piruvato pode ser reduzido a lactato, na
fermentação láctica; ou pode ser reduzido a acetaldeído e, posteriormente, a álcool (fermentação alcoólica) –
neste último tipo, há liberação de dióxido de carbono (CO2), que faz a massa do pão “fermentar”. Em ambos os
casos, o NADH+H+ retorna a NAD+, e rejeitos biológicos (lactato e álcool) são apreciados como alimento ou
bebida.
 
Todas as etapas descritas envolvem enzimas, que são proteínas com a função de catalisar (ou acelerar) uma
reação química. Elas podem ser classificadas em dois tipos:
As enzimas que quebram macromoléculas em moléculas menores, mais
simples, são chamadas de catabólicas (dentre as quais encontramos as
enzimas digestivas).
As enzimas que catalisam reações de formação das macromoléculas são
chamadas de anabólicas.
Frequentemente, as enzimas são utilizadas em diferentes aspectos e níveis da biotecnologia, além da
fermentação.
 
O domínio do processo de fermentação e a descoberta dos mecanismos celulares por meio dos quais ela
acontece foram o ponto de partida para o desenvolvimento da biotecnologia moderna. Nós aprendemos que
podemos melhorar organismos complexos, por exemplo, ao cruzarmos plantas com características desejáveis
e selecionarmos aquelas que satisfaçam nosso objetivo.
Os princípios genéticos aprendidos por Gregor Mendel e outros cientistas do passado pavimentaram
o caminho para descobertas futuras: na primeira década do século XX, o botânico dinamarquês
Wilhelm Johannsen revisitou os trabalhos de Mendel e chamou pela primeira vez as unidades
hereditárias de genes, termo derivado do grego genos = nascimento, origem. Ele também cunhou os
termos genótipo (características genéticas) e fenótipo (características físicas).
Na década seguinte, o biólogo Thomas Hunt Morgan conseguiu definir experimentalmente que os
cromossomos eram as estruturas físicas em que os genes estão, ao estudar os cromossomos sexuais
da mosca Drosophila melanogaster. A descoberta dos cromossomos, no entanto, foi feita meio século
antes, por Walther Flemming, mas nomeados da forma como conhecemos hoje por Heinrich Waldeyer.
No final da década de 1920, Frederick Griffith, estudando uma forma de vacina contra pneumonia
causada por Streptococcus pneumoniae, em ratos, acabou descobrindo o que chamou de “princípio
transformante”. Nesse experimento, Griffith misturou uma cepa de S. pneumoniae não patogênica
com uma solução contendo S. pneumoniae patogênica e a inoculou nos ratos. Os animais morreram e
Griffith recuperou bactérias morfologicamente idênticas às vistas na cepa patogênica. Muito embora
sem saber do que se tratava na época, sua descoberta teve imenso impacto em biotecnologia, como
você verá adiante.
Quase duas décadas depois, três cientistas – Oswald Avery, Maclyn McCarty e Colin MacLeod –
descobriram que o “princípio transformante” e toda informação genética em geral estão contidos no
DNA.
Um grande marco para a ciência foi a descoberta da estrutura molecular da informação genética. Na
década de 1950, os pesquisadores Rosalind Frankling, Thomas Watson e Francis Crick identificaram a
estrutura tridimensional do DNA.
A partir do conhecimento da estrutura molecular da informação genética, sua regulação, expressão e
funcionamento, vieram os primeiros trabalhos sobre sua alteração artificial. Na década de 1970, a
companhia americana Genentech, fundada por Robert Swanson e Herbert Boyer, começou a
modificar o DNA diretamente in vitro (em uma placa de petri e em um laboratório).
Isso só foi possível após a colaboração de Boyer e Stanley Cohen, que resultou no descobrimento do
que hoje chamamos de recombinação de DNA. Iniciamos aleveduras”.
Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento, 2000.
Referências
1909: The Word Gene Coined. Online Education. Consultado na internet em: 15 fev. 2021.
 
• 
• 
• 
• 
• 
BAESHEN, M.N. et al. Production of biopharmaceuticals in E. coli: current scenario and future perspectives. In:
J. Microbiol Biotechnol. Publicado em: 28 jul. 2015. Consultado na interne em: fev. 2021.
 
BIOTECHNOLOGY and its impact on today's and tomorrow's world. Iberdrola website. Consultado na internet
em: 15 fev. 2021.
 
BRASIL. Casa Civil. Subchefia para Assuntos Jurídicos. Lei nº 11.105, de 24 de março de 2005. Consultado na
internet em: 13 abr. 2021.
CARNEIRO et al. Milho Bt: teoria e prática da produção de plantas transgênicas resistentes a insetos-praga.
(Circular técnica). Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Embrapa, 2009.
 
DOSSIÊ transgênicos: glossário. História, ciência, saúde-Manguinhos. Consultado na internet em: fev. 2021.
 
Nobel Prize Website, Thomas H Morgan: Nobel of Physiology or Medicine 1933. Consultado na internet em: 15
fev. 2021.
 
O’CONNOR, C. & MIKO, I. Developing the chromosome theory. In: Nature Education. 2008.
 
PLASMIDS 101: a desktop resource. 3rd. ed. AddGene. Consultado na internet em: 15 fev. 2021.
 
POLLO, L.; BORGES, C.; GIOTTI, J. Copia, cola e cria. Publicado em 19 ago. 2019. Consultado na internet em: 15
fev. 2021.
 
RENKAWITZ J. et al. Mechanisms and principles of homology search during recombination. In: Nature Reviews,
15, 2014.
 
ROSA, C.S.C. Protocolo de Cartagena: análise das condições de possibilidade da efetividade no Brasil.
(Trabalho de conclusão de curso de Relações Internacionais para a Universidade de Brasília). Brasília, 2010.
 
ROSANO, G.L. & CECCARELLI, E.A. Recombinant protein expression in Escherichia coli: advances and
challenges. In: Frontiers in Microbiology. Publicado em 5 abr. 2014.
 
SANTOS, A. Biotecnologia e biossegurança: aspectos de uma estratégia nacional de desenvolvimento. In:
Revista Internacional de Ciências, v.4, n.1, · jan./jun. 2014.
 
SCHERER, J. Biotecnologia azul: a revolução que vem do mar! In: Profissão Biotec. Publicado em: 11 ago. 2018.
Consultado na internet em: 15 fev. 2021.
 
SILVA, L.M.V. & BRAGA, F.B. A biotecnologia moderna e a biossegurança no Brasil: uma análise dos
mecanismos jurídicos nacional (PDF).
 
THE EDITORS OF ENCYCLOPAEDIA BRITANNICA. Genetic engineering. In: Britannica website. Consultado na
internet em: 15 fev. 2021.
 
THE history of beer in China. Mentalitch website. Consultado na internet em: 15 fev. 2021.
 
THEMOFISHER SCIENTIFIC. Cloning applications: library construction. Consultado em meio eletrônico em: 20
fev. 2021.
 
UNITED NATIONS EDUCATIONAL, SCIENTIFIC AND CULTURAL ORGANIZATION. UNESCO. Biotechnology.
Consultado em meio eletrônico em: 15 fev. 2021.
 
ZHANG Y. et al. Anthocyanins double the shelf life of tomatoes by delaying overripening and reducing
susceptibility to gray mold. In: Curr Biol. Publicado em: 17 jun. 2013.
	Engenharia genética e DNA recombinante
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Objetivos
	Introdução
	1. Conceitos-chave em biotecnologia e seus desafios éticos
	Introdução
	Conceitos e histórico da biotecnologia
	Tipos e modelos de biotecnologia
	Biotecnologia vermelha
	Avanços da biotecnologia vermelha
	Conteúdo interativo
	Biotecnologia verde
	Exemplo
	Biotecnologia branca
	Exemplo
	Biotecnologia azul
	Amarela
	Cinza
	Marrom
	Dourada
	Roxa
	Preta
	Bioética e biossegurança da biotecnologia
	Bioética na biotecnologia
	Exemplo
	Curiosidade
	Exemplo
	Biossegurança em biotecnologia
	Exemplo
	Pense neste caso:
	Saiba mais
	Verificando o aprendizado
	A humanidade tem conquistado grandes avanços na área biológica no último século, o que tornou possível a resolução de diversos problemas e, ao mesmo tempo, gerou outros. Sobre a biotecnologia, é incorreto afirmar que:
	O Protocolo de Cartagena representa um esforço internacional para o controle da transferência e comercialização de organismos geneticamente modificados. Com base em seus conhecimentos sobre biotecnologia, assinale a opção correta:
	2. Ferramentas usadas para manipulação genética de organismos
	Genética aplicada à biotecnologia
	Relembrando
	Princípios da técnica do DNA recombinante
	Isolamento do fragmento de interesse
	Escolha do vetor e enzimas de restrição
	Como escolher o vetor
	Vetores de expressão
	Vetores de modificação
	Exemplo
	Enzimas de restrição
	Enzimas blunt end
	Enzimas sticky end
	Transformação, seleção dos clones recombinantes e multiplicação
	Procedimento de transformação
	Seleção dos recombinantes e multiplicação
	Outras técnicas de recombinação, transformação e seleção
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	A tecnologia do DNA recombinante tem muitas aplicações em diversos setores e é uma importante ferramenta da biotecnologia. Sobre DNA recombinante, é incorreto afirmar que:
	Para a clonagem molecular, precisamos de um inserto, um vetor e um hospedeiro. Sobre a clonagem molecular, é correto afirmar que:
	3. Aplicações da tecnologia do DNA recombinante
	Produção heteróloga de proteínas recombinantes
	Comentário
	Expressão homóloga
	Expressão heteróloga
	Transiente
	Permanente
	Principais sistemas celulares de expressão de proteínas recombinantes heterólogas
	Recomendação
	Purificando a proteína heteróloga
	Cuidado 1
	Cuidado 2
	Cuidado 3
	Cuidado 4
	Curiosidade
	Modificando organismos geneticamente
	Pré-sinapse
	Sinapse
	Pós-sinapse
	Reconhecer aplicações da tecnologia do DNA recombinante
	Conteúdo interativo
	Bibliotecas de DNA e cDNA
	Verificando o aprendizado
	A engenharia genética permitiu a evolução de terapias e de melhoramentos biológicos. Sobre a produção heteróloga de proteínas, é correto afirmar que:
	“Frente aos avanços tecnológicos e no conhecimento, o entendimento dos mecanismos envolvidos na divisão celular e os diferentes fatores que controlam as fases do ciclo celular vêm ganhando destaque e uma nova compreensão em nível molecular.” (NEPOMUCENO et al., 2017)Considerando a afirmação acima, assinale a alternativa correta:
	4. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
	Explore+
	Referênciasera da engenharia genética, área que
corresponde à grande parte daquilo que consideramos biotecnologia moderna e compreende as
técnicas de clonagem molecular e DNA recombinante.
Observação: As técnicas de clonagem molecular e de DNA recombinante nos permitiram mudar
geneticamente organismos unicelulares, como bactérias e leveduras.
A partir da década de 1980, os primeiros organismos complexos, as plantas, foram alterados em seus
genes – chamamos de organismos geneticamente modificados. Existem dois grupos principais de
OGM: aqueles que tiveram genes de outras espécies transferidos para o seu genoma, chamados de
transgênicos; e aqueles que tiveram seu genoma modificado em geral, não necessariamente tendo
sido feita uma transferência permanente de genes de outras espécies.
Observação: OGM (organismos geneticamente modificados, ou genetically modified organisms –
GMO, em inglês) é como são chamados os seres vivos modificados artificialmente.
Em 1983, foi apresentada ao mundo a primeira planta geneticamente modificada com a transferência
de um gene de resistência a antibióticos (vindo da bactéria Agrobacterium tumefaciens) para a planta
do tabaco (Nicotiana tabacum). Alguns anos depois, a primeira planta do tabaco, resistente a
herbicidas, foi divulgada.
Ainda na mesma década, os primeiros animais foram clonados a partir de células embrionárias e, em
1996-97, o primeiro animal clonado a partir de células somáticas foi noticiado – a ovelha Dolly.
Na mesma época, começou um grande esforço internacional para o mapeamento do genoma humano
completo, o Projeto Genoma Humano. A partir do conhecimento detalhado do genoma humano, novas
fronteiras se abriram para compreensão, prevenção e tratamento de doenças genéticas.
Já no século XXI, grandes avanços em terapias gênicas em humanos estão sendo feitos de forma
majoritariamente experimental. A aprovação emergencial de vacinas de RNA para o SARS-CoV2, no
final de 2020 e início de 2021, deve entrar como mais um grande marco histórico e científico no
avanço da biotecnologia.
Tipos e modelos de biotecnologia
Como se pode ver, as aplicações da
biotecnologia têm crescido em diversos
contextos. Grandes setores da economia
mundial, como indústria farmacêutica, energia
sustentável, agronegócio, e a Medicina, têm
sido beneficiados pela evolução biotecnológica
das últimas décadas. Para facilitar o estudo das
diversas áreas que exercem e se beneficiam da
biotecnologia, vamos identificá-las usando um
sistema de quatro cores, expandido
posteriormente, e exemplificaremos algumas
aplicações.
Biotecnologia vermelha
Uma das mais importantes áreas de atuação da
biotecnologia moderna é a Medicina. O
crescente conhecimento de doenças genéticas
e do próprio genoma humano visto nas últimas
décadas é consequência de avanços
biotecnológicos. Ao mesmo tempo, é uma das
principais forças propulsoras dos mesmos
avanços; o interesse em termos de mais
conhecimento sobre os detalhes do nosso
funcionamento saudável e patológico, junto à
necessidade de melhores estratégias
diagnósticas e terapêuticas, motiva o
desenvolvimento técnico-científico que está na base da biotecnologia.
 
Diversos são os exemplos do uso da biotecnologia medicinal. O mais conhecido deles é, talvez, a fertilização 
in vitro. Nesse procedimento, a fecundação do gameta feminino pelo masculino é feita fora do organismo, e o
embrião resultante é inserido no útero da mulher posteriormente.
Outro exemplo do uso da biotecnologia na Medicina é o diagnóstico. Doenças genéticas e infecciosas, por
exemplo, podem ser identificadas por amplificação do DNA ou seu sequenciamento; em ambos os casos, há
uso de processos biológicos que ocorrem in vitro para obtenção de um produto: o diagnóstico.
 
Uma das áreas em rápida expansão da biotecnologia vermelha é a terapêutica e prevenção, objeto do estudo
no vídeo.
Avanços da biotecnologia vermelha
A especialista Camila Baez fala sobre os avanços obtidos até hoje na biotecnologia vermelha
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
Biotecnologia verde
A agropecuária é um dos setores que mais lucraram com as aplicações da biotecnologia. Na década de 1970,
aconteceu a chamada “Revolução Verde”, com o uso da modificação genética de plantas para aumento de
produtividade – o que poderia potencialmente acabar com a fome no mundo todo. Na prática, vimos a
introdução de plantas modificadas para aumento de produtividade, de modo a reduzir custos e aumentar a
rentabilidade do cultivo.
Exemplo
O uso de biotecnologia para aumentar a produção de colheitas e do gado pode se dar de diversas
formas. Por exemplo, construindo OGM ao transferir genes de resistência a parasitas ou a agrotóxicos,
em plantas que antes eram suscetíveis. Plantas como o milho e a soja podem ser modificadas com a
adição do gene Bt (da bactéria Bacillus thuringiensis), o que as torna mais resistentes a insetos como
borboletas e moscas. Assim, menores perdas na produção de cereais são registradas, e usa-se e gasta-
se menos com inseticidas, o que torna a colheita mais produtiva e sustentável. 
As plantas também podem ser geneticamente
modificadas para conferir maior resistência a
condições ambientais desfavoráveis e até
mesmo mais extremas, como secas e geadas.
Esses avanços são particularmente
interessantes frente às mudanças climáticas
que o planeta enfrenta, e podem representar
uma expansão do território cultivável no mundo.
Além disso, podemos produzir cereais com
melhor armazenamento e maior qualidade
nutricional: já foi identificado um gene do tomate que, quando modificado, aumenta o tempo de
armazenamento e sua resistência a patógenos. O enriquecimento de nutrientes em plantas por meio da
biotecnologia verde também tem progredido.
 
Você pode aprofundar seu estudo das diversas frentes em que a biotecnologia verde tem sido usada, no
Brasil, no material complementar citado no item Explore+.
Biotecnologia branca
Há aplicação da biotecnologia também na indústria. Em sua maioria, essas indústrias trabalham agregando
valor a produtos derivados de plantas e animais (modificados geneticamente ou não) por meio de processos
biológicos. A biotecnologia branca apresenta certa sobreposição aos outros tipos de biotecnologia; por isso,
vamos focar apenas em alguns de seus produtos.
A indústria utiliza especialmente os micro-organismos e suas enzimas como biocatalizadores.
Exemplo
Nessa categoria se encaixam as fermentações alcoólica e láctica usadas na produção de cervejas,
vinhos, pães, iogurtes e queijos, mas não se restringe a esses produtos. Os organismos envolvidos como
biocatalizadores também podem ser modificados geneticamente para aumentar a produtividade e a
resistência a fatores ambientais como temperatura, pH, e até mesmo parasitas celulares. 
O uso da biotecnologia branca por vezes tende a substituir processos químicos nocivos ao ambiente e
representa uma opção mais sustentável e moderna. Veja o exemplo:
A produção do biocombustível etanol a partir da
fermentação dos açúcares presentes na cana-de-açúcar,
como opção mais sustentável a combustíveis derivados do
petróleo, uma vez que emite menos gases do efeito estufa
com sua queima. Da mesma forma, tecnologias para
produção de biogás também têm sido desenvolvidas a
partir da palma-de-óleo (também conhecida como óleo de
dendê). Para tratar a água efluente desse processo, são
usadas microalgas produtoras de biomassa (que pode ser
aproveitada na produção de energia, pigmentos, ração
animal, ou como fertilizante) em fotobiorreatores (reator
biológico que usa luz – normalmente solar – e organismos
fototróficos para fixação de CO2 em hidratos de carbono).
Como se pode ver, a biotecnologia branca permeia diversas outras indústrias, como a de alimentos, energia,
sustentabilidade, e se expande para outras, como a indústria têxtil, a médica e a biotecnologia azul.
Biotecnologia azul
A utilização dos processos biológicos da rica e largamente desconhecida biodiversidade marinha é
denominada biotecnologia azul. Por vezes, o oceanorepresenta um ambiente hostil para nós, mas pujante em
vida, que pode fornecer informações e soluções inovadoras e sustentáveis à humanidade. A biotecnologia azul
pode ser usada por outras biotecnologias, fornecendo ferramentas para solucionar questões medicinais,
agropecuárias e industriais.
Um exemplo de processos biológicos de
organismos marinhos posteriormente usados na
ciência foi a identificação de uma proteína
verde fluorescente (green fluorescente protein
– GFP), e de seu gene, a partir da água-viva 
Aequorea victoria). Desde então, a GFP tem
sido usada em inúmeros estudos científicos que
proporcionaram imenso avanço médico e
biológico.
Além disso, produtos marinhos podem ser
usados na produção de energia renovável e
sustentável por meio de fotobiorreatores e de
biodiesel. A biomassa resultante pode ser usada para nutrição animal ou na fertilização de campos. Em
adição, no oceano encontramos bactérias capazes de degradar derivados do petróleo. Contudo, o ambiente
marinho permanece largamente desconhecido e outras potenciais aplicações de sua biodiversidade para
solução de questões humanas ainda devem surgir.
 
Existem ainda outros tipos de biotecnologia, veja abaixo:
Amarela
É a biotecnologia usada na produção e no melhoramento de alimentos.
Cinza
Biotecnologia aplicada à preservação, proteção e recuperação ambiental.
Marrom
Biotecnologia que atua no tratamento, na fertilidade e na proteção do solo.
Dourada
Na biotecnologia dourada, encontramos a bioinformática como ferramenta de estudo de processos
biológicos.
Roxa
A biotecnologia roxa permeia todas as demais por abranger a biossegurança e a propriedade
intelectual no seu desenvolvimento e uso.
Preta
A biotecnologia preta seria a aplicação de processos biológicos contra o ser humano como
armamento biológico. Essa biotecnologia é proibida e seu uso é considerado crime de guerra, por ser
dificilmente controlada.
Bioética e biossegurança da biotecnologia
O uso de processos biológicos de organismos vivos, juntamente com a capacidade de modificá-los
geneticamente, seja por cruzamentos e seleções, indução de mutações ou por engenharia genética, trouxe
consigo desafios em dois grandes campos da Biologia: a ética e a biossegurança.
Bioética na biotecnologia
Falar em engenharia genética implica pensar que, em teoria, é possível modificar todos os organismos
conhecidos: leveduras podem ser modificadas geneticamente para produzir mais enzimas e fermentar melhor;
bactérias podem ser usadas em processos industriais de larga escala e até mesmo na biorremediação de
ecossistemas; animais podem ser melhorados para produzir mais de seus produtos derivados, ou
simplesmente para ter fisiologia mais parecida com a humana; plantas também são alvo de alteração para
aumento de produção. Em teoria (e, tecnicamente, na prática), é possível modificar geneticamente até outros
seres humanos, e talvez esse seja o grande dilema ético da biotecnologia moderna.
Biorremediação 
Uso de processos biológicos para a atenuação de contaminantes ambientais.
A edição genética em humanos, particularmente delicada no aspecto bioético, pode ser subdividida em:
 
Edição de células germinativas (espermatozoides, óvulos).
 
Edição células somáticas - células diploides que compõem tecidos e órgãos. Edição genética de
células somáticas pode ser uma opção de tratamento de doenças genéticas graves.
Exemplo
As células do sistema imunológico de pacientes com câncer podem ser editadas geneticamente para
aumentar sua ação contra o câncer, em uma espécie de terapia imunológica (ou imunoterapia)
experimental. Por potencialmente ter a capacidade de tratamento e cura de doenças existentes, a
edição de células somáticas enfrenta menor resistência ética do que a edição de células germinativas. 
A edição de células germinativas, de forma geral, gera um organismo adulto que a tenha presente em todas as
suas células, inclusive seus gametas (óvulos ou espermatozoides), ou seja, essa edição artificial pode ser
transmitida às próximas gerações. Por mais ficção científica que isso possa parecer, a edição de células
germinativas humanas pode ser usada não apenas para evitar ou reduzir riscos de doenças genéticas, mas
também para produzir artificialmente melhoramentos físicos, estéticos e até cognitivos àqueles que possam
comprá-las.
Curiosidade
Recentemente, cientistas chineses chocaram o mundo científico com a divulgação do nascimento dos
primeiros bebês humanos geneticamente modificados. A repercussão desse incidente foi tamanha que a
Organização Mundial da Saúde criou um comitê especial para estabelecer limites à edição genética de
humanos. Após a comunidade científica internacional se manifestar veementemente contra a edição
genética de embriões humanos, o pesquisador chinês que liderou o estudo foi preso e condenado a três
anos de prisão e ao pagamento de multa. 
Aqui, o desenvolvimento científico e tecnológico da edição de genomas esbarra em ideias eugenistas de
desenvolvimento de uma “raça” humana melhorada, livre de “imperfeições” – mas o que consideramos
imperfeições? Doenças genéticas? Limitações físicas, motoras, cognitivas e comportamentais? Deficiências
visuais, auditivas, físicas? Será que a humanidade não deveria caminhar no sentido da aceitação e inclusão de
características que podem ser taxadas como “imperfeições”, ao invés de tentar eliminá-las artificialmente?
Existem questões importantíssimas sobre as quais nós, a humanidade, precisamos refletir e discutir com zelo
para criarmos diretrizes que sejam obedecidas por todos.
Existem outros aspectos éticos importantes da biotecnologia, especialmente em animais. Os mais comumente
modificados são mamíferos e aves, que são seres sencientes – ou seja, têm sensações e sentimentos
conscientes. Em outras palavras, os animais sentem mais do que fome, frio e dor: eles têm e expressam
sentimentos básicos.
• 
• 
Eles têm e expressam sentimentos básicos.
Podemos citar como exemplos o abanar do rabo do cachorro para seu dono e seu rosnado como
ferramenta de ameaça, ou o ronronar de gatos ao receber carinho.
Precisamos manter em vista que alguns procedimentos biotecnológicos são invasivos e dolorosos, causam
medo, desconforto, ansiedade e afetam o bem-estar do animal. Ainda assim, as legislações de diversos países
permitem não apenas tais procedimentos, como também atividades de lazer danosas aos animais, sem que
elas sejam estritamente necessárias ao desenvolvimento ou sobrevivência de humanos.
Exemplo
Como exemplo de procedimentos biotecnológicos temos a inseminação artificial usada na procriação de
gado, e experimentos laboratoriais em que camundongos são humanizados (modificados geneticamente
para terem a fisiologia mais semelhante à humana). 
Biossegurança em biotecnologia
A biotecnologia e, mais especificamente, a engenharia genética permitiram a introdução de espécies animais e
vegetais geneticamente modificados para aumentar produção, sem necessariamente aumentar a quantidade
de organismos envolvidos.
Exemplo
É possível gerar uma variante bovina capaz de produzir mais músculo – e consequentemente, mais carne
– por animal. Ou alterar o genoma de vegetais que produzem os cereais para que desenvolvam espigas
maiores e mais numerosas por planta. Isso alavancou a indústria do agronegócio, uma das mais
beneficiadas pela produção de OGM. 
Entretanto, a segurança à saúde humana e ambiental dos OGM e transgênicos não é conhecida. Um dos
riscos em potencial dos OGM ao ambiente é a sua introdução em ecossistemas naturais. Não se sabe ao certo
quais alterações genômicas de plantas e animais poderiam, por exemplo, gerar uma vantagem evolutiva que
leve à substituição de populações nativas e selvagens.
Pense neste caso:
 
Uma planta OGM que produza mais frutos e seja mais resistente ao ambiente e a parasitas
pode se tornar uma espécie invasora de um determinado ecossistema delicado e até mesmo
levar à extinção em massa de espécies nativas ameaçadas. Com relação à saúde humana, os
OGM podem potencialmentecausar alergias, acúmulo de substâncias tóxicas e resistência
microbiana aos antibióticos, apenas para ilustrar algumas situações.
Por isso, organismos nacionais e internacionais regulam a produção, o uso e a
comercialização dos OGM e transgênicos. Um dos principais acordos internacionais sobre o
manejo de OGM – do qual o Brasil é signatário – é o Protocolo de Cartagena sobre
Biossegurança. Faz parte da Convenção sobre Diversidade Biológica, criada na década de
1990, para proteção da biodiversidade.
O protocolo é uma ferramenta de valor legal internacional que legisla para que haja o
desenvolvimento sustentável e protetor da biodiversidade, e a equidade biotecnológica e
comercial entre os países do acordo, promovendo o comércio internacional.
 
Nesse contexto, o Brasil está no centro das atenções, pois temos a interseção entre o grande patrimônio em
biodiversidade, o amplo uso de OGM e o fato de sermos o maior exportador de produtos agropecuários a
assinar a convenção e o protocolo. Assim, a legislação brasileira sobre biossegurança em OGM é espelhada
nos preceitos legais do Protocolo de Cartagena.
Saiba mais
A atual lei de biossegurança em vigor é a Lei nº 11.105/2005, que dispõe sobre diversos aspectos do uso
de OGM, como sua pesquisa, produção, manipulação, seu transporte, armazenamento, comércio e
consumo, descarte e liberação no meio ambiente. Também foca em “diretrizes para o estímulo do
avanço científico em biossegurança e biotecnologia, proteção à vida e saúde humana, animal e vegetal,
e observância do princípio de precaução para proteção do meio ambiente” (LEI Nº 11.105/2005).
Aproveite o material disponível no item Explore+ para conhecer os detalhes da legislação. Criticada por
ser mais permissiva do que a Lei nº 8.794/1995, a qual substituiu, não negou, por exemplo, nenhum
pedido de aprovação de uso de OGM, tendo, inclusive, aprovado a primeira árvore GMO do mundo. A Lei
nº 11.105/2005 também traz inovações. Regulamenta, por exemplo, o uso de células-tronco em pesquisa,
incluindo aquelas com embriões humanos. Além disso, responsabiliza civil e administrativamente
infratores, e define como crimes, entre outros: a prática de engenharia genética em células germinativas,
zigotos e embriões humanos; a clonagem humana; o uso de embriões humanos e o descarte de OGM em
desacordo com a legislação. 
Verificando o aprendizado
Questão 1
A humanidade tem conquistado grandes avanços na área biológica no último século, o que
tornou possível a resolução de diversos problemas e, ao mesmo tempo, gerou outros. Sobre a
biotecnologia, é incorreto afirmar que:
A
Um dos marcos da biotecnologia moderna foi a identificação dos micro-organismos como agentes envolvidos
na fermentação.
B
A biotecnologia verde se refere ao uso de processos biológicos de criaturas marinhas ou aquáticas na
produção de itens de uso humano.
C
A identificação da estrutura do DNA contribuiu para o surgimento de um novo ramo da biotecnologia – a
engenharia genética.
D
Modificações genéticas permitiram o aumento de produtividade no cultivo de diversas plantas.
E
Os principais processos biológicos usados pela biotecnologia são catalisados por enzimas.
A alternativa B está correta.
O uso da biodiversidade marinha e seus processos biológicos na produção de diversos itens de consumo e
uso humano são classificados como biotecnologia azul. Entende - se por biotecnologia verde o uso na
agroindústria.
Questão 2
O Protocolo de Cartagena representa um esforço internacional para o controle da
transferência e comercialização de organismos geneticamente modificados. Com base em
seus conhecimentos sobre biotecnologia, assinale a opção correta:
A
O uso de organismos geneticamente modificados é completamente seguro à saúde e ao meio ambiente.
B
Os animais são seres sencientes e, portanto, não há impedimento ético à sua exploração biológica, contanto
que haja benefício humano.
C
A legislação vigente no Brasil define como crime a modificação genética de células germinativas e zigotos
humanos.
D
Na China, a manipulação de células germinativas e embriões humanos é legalizada. 
E
O Protocolo de Cartagena defende o progresso da biotecnologia em preterição da sustentabilidade e, por
isso, foi banido do Brasil.
A alternativa C está correta.
A Lei nº 11.105/2005 classifica como crimes a manipulação genética de embriões humanos, salvo exceções,
assim como a edição genética de células germinativas, zigotos e embriões humanos.
2. Ferramentas usadas para manipulação genética de organismos
Genética aplicada à biotecnologia
Como você viu, a biotecnologia tem sido largamente aplicada em diversas áreas e permitiu um
desenvolvimento técnico e científico sem precedentes na Biologia de forma geral. Em especial, a capacidade
de modificarmos genomas de inúmeras espécies de plantas, animais, fungos e bactérias tem sido estratégica
para o desenvolvimento observado.
Mas quais são os princípios biológicos com que estamos lidando? Como se pode modificar
genomas? É o que você vai ver aqui.
Existem alguns princípios básicos de genética que devem ser explorados para que se entenda melhor suas
aplicações na biotecnologia. O primeiro deles é a genética em si. Todos os organismos vivos do nosso planeta
têm informações genéticas, que são as características hereditárias passadas de geração a geração. Das
bactérias e vírus mais simples ao complexo genoma de plantas e animais superiores, as informações
genéticas são codificadas por longas moléculas DNA ou RNA, em suas mais diversas formas e combinações.
 
O DNA se organiza na célula nos cromossomos. Em procariotos (bactérias), os cromossomos assumem forma
circular e estão livres no protoplasma. Em eucariotos, os cromossomos são organizados, lineares e estão
contidos dentro do envoltório nuclear, separados do citoplasma. Dentro dos cromossomos encontramos os
genes – sequências de nucleotídeos que codificam uma informação funcional, seja na forma de proteínas ou
de RNA. Além da região codificante em si, os genes normalmente possuem regiões promotoras e terminadoras
da expressão, antes e depois da região codificadora. Entre os genes, existem regiões não codificadoras
longas e curtas, cujas funções não são completamente conhecidas.
Estrutura do genoma em uma célula eucariota.
O entendimento da bioquímica dos ácidos nucleicos é outro ponto que deve ser revisto para que se possa
compreender como as modificações genéticas são feitas. O DNA e o RNA são moléculas complexas formadas
por unidades básicas mais simples, chamadas de nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto por três regiões
principais:
 
Um açúcar de 5 carbonos.
 
Um grupamento fosfato ligado ao 5º carbono.
 
As bases nitrogenadas.
É bom lembrar que, no RNA, não há timinas, e sim uracilas (U). Essas bases são classificadas em dois grandes
grupos químicos: as purinas (A e G) e as pirimidinas (C e T ou U). As bases nitrogenadas são as responsáveis
por conter a informação genética; é com elas que as células escrevem a informação contida no complexo
texto que são os genomas.
 
A estrutura do DNA da maioria dos organismos é uma dupla hélice, com o fosfato do 5º carbono se
conectando à hidroxila do 3º carbono por meio de uma ligação chamada fosfodiéster. Essa ligação deixa as
bases nitrogenadas livres e, por terem cargas fracas, são capazes de interagir umas com as outras por pontes
de hidrogênio e em pares de purinas com pirimidinas: A-T e C-G. A interação entre as bases nitrogenadas dos
nucleotídeos é um princípio denominado complementaridade. Tal princípio faz com que duas fitas de DNA de
sequências complementares interajam entre si, formando a dupla hélice, o que garante a estabilidade da
informação genética.
1. 
2. 
3. 
Representação esquemática do pareamento por complementaridade entre bases
nitrogenadas.
A complementaridade também permite que uma fita seja usada como molde para a síntese de outra fita nova
durante a replicação do DNA – isso é chamado de duplicação semiconservativa: as fitas parentais de DNA
compõem as hélicesduplas com as fitas filhas de DNA.
Relembrando
Outro ponto que precisa ser relembrado é o dogma central da biologia molecular. Essa “regra” biológica
afirma que o DNA é usado como molde para a síntese de novas moléculas de DNA (replicação) e de
moléculas de RNA (transcrição). Nesse contexto, o RNA é um mensageiro intermediário da informação
contida no DNA e é usado para síntese (tradução) de proteínas, os efetores moleculares mais comuns da
célula. Vale lembrar que o sentido de transcrição DNA → RNA não é único, pois já foram descobertas
enzimas virais capazes de sintetizar DNA a partir de RNA (RNA → DNA). 
Dogma central da biologia molecular.
A síntese de DNA e de RNA nos processos de replicação e transcrição é mediada por enzimas capazes de
reconhecer os nucleotídeos da fita-molde. Elas os pareiam com nucleotídeos trifosfatados complementares
livres e catalisam a ligação fosfodiéster que une os nucleotídeos. Assim, a síntese de uma nova fita de DNA ou
RNA é feita. Essas enzimas – as polimerases – podem ser subdivididas em quatro grupos, com base em sua
capacidade de leitura e síntese de ácidos nucleicos:
 
DNA-polimerases DNA-dependentes.
 
RNA-polimerases DNA-dependentes.
 
RNA-polimerases RNA dependentes.
 
DNA-polimerases RNA-dependentes.
 
Trata-se de enzimas virais muito úteis em biotecnologia.
RNA polimerases DNA dependentes
Também são chamadas de transcriptases, encontradas apenas em células.
Princípios da técnica do DNA recombinante
Uma das ferramentas mais importantes da biotecnologia – que permeia todas as áreas nas quais é aplicada –
é a tecnologia do DNA recombinante. Segmentos de DNA de origens diferentes podem ser unidos, formando
uma nova sequência contígua chamada de recombinante, usando essa técnica. O DNA recombinado é
introduzido em uma célula hospedeira e pode ser usado para modificar o genoma da célula hospedeira,
gerando os OGM e os transgênicos; pode ser usado também como sistema de expressão de proteínas.
 
• 
• 
• 
• 
A recombinação de duas sequências de DNA é um evento que acontece naturalmente em células germinativas
durante a meiose, conhecido como crossing over.
Crossing over: evento em que há recombinação homóloga.
Nesse evento, a recombinação que acontece é homóloga, pois sequências de DNA quase (ou perfeitamente)
idênticas presentes nos dois cromossomos homólogos são pareadas e trocadas.
A tecnologia do DNA recombinante se baseia no princípio de que duas sequências de DNA podem
recombinar entre si, mesmo que elas não sejam perfeitamente iguais. De fato, quando fundimos
duas sequências de DNA para fazermos um DNA recombinante, fazemos recombinação heteróloga.
Para ver em detalhes como o DNA recombinante funciona, é necessário conhecer alguns conceitos.
Você precisa, primeiramente, saber que elemento genético deseja inserir no hospedeiro, ou o inserto.
Além disso, escolher qual o meio de transporte dessa informação, ou seja, com qual tipo de vetor será
recombinado o inserto, para poder transferi-lo para a célula.
Ao mesmo tempo, é preciso definir qual a melhor célula para ser usada como sistema ou hospedeiro.
Após definidos o inserto, o vetor e o sistema celular que serão usados, é o momento de ter
estratégias de seleção dos recombinantes bem-sucedidos.
Uma vez selecionados, serão expandidas em número apenas as células hospedeiras que contêm o
DNA recombinante.
A esse processo dá-se o nome de clonagem molecular, pois multiplicamos células que são idênticas
geneticamente, ou seja, são clones. A seguir você verá cada uma dessas etapas separadamente.
 
Veja a seguir o esquema da tecnologia do DNA recombinante.
Isolamento do fragmento de interesse
Um dos elementos fundamentais para a recombinação de DNA é o fragmento de interesse, - o inserto – que
será usado. O inserto pode ser qualquer sequência que desejamos colocar no sistema hospedeiro: um gene
completo, com o promotor; a região codificante; o terminador; ou pode ser um RNA não codificante.
 
Digamos que o interesse seja expressar uma proteína recombinante humana em uma bactéria.
O inserto pode ser apenas a região genética que codifica para a proteína humana, flanqueado (ou
seja, tendo em cada extremidade) por um promotor e um terminador, que podem ser tanto nativos do
gene humano a ser expresso, quanto promotores otimizados para bactéria.
Idealmente, e para maximizar a produção de proteína recombinante, se o sistema hospedeiro é
procarionte, devemos utilizar os promotores e terminadores bacterianos. Também é necessário
otimizar todo o gene de acordo com os códons (sequência de três nucleotídeos que correspondem a
um aminoácido – mas sem trocar a sequência de aminoácidos da proteína!) mais usados pela espécie
de bactéria em questão – o que chamamos de otimização de códons.
O uso de sequências regulatórias específicas do hospedeiro, assim como a otimização de códons,
deve ser feito sempre que possível.
Uma vez definido o inserto, deve-se obtê-lo isoladamente e em grande quantidade. Uma forma de
obter o DNA do inserto em quantidade suficiente é pelo crescimento e multiplicação das células em
cultivo. Tendo um número expressivo de células, é possível digerir seu DNA usando enzimas, e
separar o fragmento desejado por meio de eletroforese.
Após purificação, temos o inserto em quantidade suficiente para inseri-lo no vetor. Entretanto, a
digestão enzimática do DNA apresenta uma grande limitação: para usá-la, é necessário saber a
sequência do fragmento de interesse com exatidão, e ela precisa conter, em suas extremidades, sítios
de clivagem enzimática.
No próximo tópico você vai conhecer mais sobre a digestão enzimática do DNA.
 
A digestão enzimática do DNA total da célula pode ser muito trabalhosa e pouco eficaz e isso fez com que a
digestão enzimática para isolamento do fragmento de interesse caísse em desuso. O método mais
comumente usado hoje para amplificação de um gene, ou inserto, é a PCR. Por ela, pode-se amplificar grande
quantidade de DNA-alvo a partir de muito pouco material genético e em muito menos tempo. A PCR ainda
possibilita fazer pequenas alterações nas extremidades do fragmento a ser amplificado, o que será muito útil
mais à frente.
 
O desenvolvimento de outra técnica facilitou muito o planejamento da PCR para o isolamento de um
fragmento de interesse: o sequenciamento de DNA. A partir dele, sabemos exatamente a sequência do DNA-
alvo e podemos delinear como fazer a PCR ou digestão enzimática. No item Explore+ você terá mais dicas de
aprendizagem sobre PCR e sequenciamento.
Escolha do vetor e enzimas de restrição
Agora que o inserto está isolado, pode-se fundi-lo com o vetor. Os vetores funcionam como meio de
transporte para colocar o inserto dentro da célula. Os vetores mais comumente usados são os plasmídeos,
pequenos DNA circulares que possuem todos os elementos necessários à sua própria replicação
independentemente dos cromossomos celulares – por isso, são chamados de autorreplicantes. De fato,
plasmídeo é um termo genérico para qualquer elemento hereditário extracromossomal. Ocorre naturalmente
em bactérias, como elementos genéticos móveis que são transferidos de uma bactéria a outra no processo
chamado de conjugação, ou que podem ser obtidos a partir do meio ambiente, por meio do fenômeno de 
transformação. Você vai ver esse fenômeno em detalhes mais à frente.
Como escolher o vetor
O primeiro passo para escolha do vetor é definir qual será a estratégia de uso do inserto. De forma
simplificada, podemos dividir os plasmídeos em dois grupos:
Vetores de expressão
Se o interesse for inserir um gene exógeno no sistema com o objetivo de produzir grandes
quantidades de proteína de forma temporária (ou transiente), precisaremos usar um vetor de
expressão. Caso a expressão da proteína não seja mais interessante para nós, podemos “remover” o
plasmídeo, e a célula volta ao seu estado genético “original”.
Vetores de modificação
Se, por outro lado, a intenção for expressar uma determinada proteína exógena de forma permanente
ou modificar um gene doorganismo, poderemos usar um plasmídeo recombinado com o inserto. Este
último vetor é estruturalmente diferente do primeiro e normalmente não é em si transformado para
dentro da célula, mas, sim, um fragmento dele. E, mesmo que o seja, não é expresso em sua forma
extracromossomal em eucariotos, pois não possui todos os elementos básicos responsáveis pela
expressão, de forma que precisa estar integrado ao genoma para que a transcrição e tradução
aconteçam.
Certas regiões específicas são requeridas para que os plasmídeos sejam expressos e replicados pela
maquinaria celular. A região de origem de replicação, chamada Ori, é reconhecida pelos fatores celulares que
farão a replicação. Caso o plasmídeo seja usado como vetor em células eucarióticas, é preciso verificar quais
são os elementos necessários ao sistema hospedeiro e qual estratégia se quer adotar. Isso é devido a
diferentes tipos (sequências) de Ori em eucarioto. Como ilustração, veja o exemplo da levedura, um fungo
unicelular extremamente relevante para a biotecnologia. São quatro tipos diferentes de plasmídeos em
leveduras, com base em Oris diferentes, que podem ser usados:
Representação da estrutura de um plasmídeo simples.
Ori ARS, que permite a replicação do plasmídeo
independentemente da replicação do cromossomo da
célula, gerando múltiplas cópias do plasmídeo por célula. É
instável e facilmente perdida por ela.
Ori CEN, que só replica junto com o DNA celular e, por isso,
é encontrada em poucas cópias por célula, sendo estável.
Ori YEp, mais semelhante à Ori bacteriana, com alto número
de cópias que podem ser reguladas.
A versão sem nenhuma Ori, normalmente usada para
integração direta no cromossomo.
 
Outra função importante dos vetores é a capacidade de oferecer alguma vantagem seletiva à célula
hospedeira, seja ela procariota ou eucariota. 
Isso porque, apesar de ocorrerem naturalmente em muitos tipos de bactérias, os plasmídeos não são
essenciais para a sobrevivência da célula em um ambiente sem pressão seletiva. No entanto, quando há
pressão seletiva, a presença de um plasmídeo funcional pode oferecer a vantagem seletiva que a bactéria
precisa para sobreviver a uma condição hostil.
Exemplo
O maior exemplo disso são os plasmídeos que transportam genes de resistência a antibióticos; embora
não sejam fundamentais para a sobrevivência da bactéria em condições normais, podem dar grande
vantagem seletiva e permitir que apenas as células que os possuem sobrevivam na presença do
antibiótico em questão. 
A terceira região é comumente encontrada em
plasmídeos comerciais, com múltiplos sítios de
restrição (ou digestão) enzimática (em inglês,
essa região é denominada multiple cloning
region – MCS). 
 
Essa região pode ser flanqueada por
promotores e terminadores, ou esses
reguladores podem estar presentes no inserto.
É nessa região que o inserto é clonado, usando
principalmente os sítios de restrição.
Enzimas de restrição
O MCS de um vetor apresenta múltiplas sequências de DNA diferentes que são reconhecidas por enzimas
capazes de clivar – ou cortar – o DNA próximo da sequência ou nela própria. Essas enzimas, por clivarem DNA
no meio de uma sequência, são conhecidas como endonucleases, existem em células bacterianas e funcionam
principalmente como uma forma de defesa contra DNA exógenos que podem representar uma ameaça à
célula, como é o caso dos bacteriófagos.
 
• 
• 
• 
• 
Esse grupo de enzimas que estamos descrevendo e que usamos na clonagem molecular se destaca das
demais endonucleases por clivarem o DNA em regiões específicas determinadas pela sequência, e por isso
são referidas como enzimas de restrição.
 
De acordo com o tipo de clivagem que as enzimas de restrição podem fazer, é possível separá-las em dois
grupos.
Enzimas blunt end 
Existem aquelas enzimas que reconhecem determinada sequência e clivam a ligação fosfodiéster entre os
nucleotídeos de ambas as fitas, na mesma posição. Em outras palavras, elas cortam reto. Por essa
característica, são conhecidas como enzimas blunt end (terminação reta, cega, lisa, em tradução livre do
inglês).
Enzimas sticky end 
O segundo grupo de enzimas de restrição também cliva sequências de DNA específicas, porém de forma
assimétrica. Ou seja, a clivagem em uma das fitas que compõem a dupla hélice não é feita na posição
equivalente na fita complementar, mas, sim, alguns nucleotídeos antes ou depois. Esse tipo de corte deixa
algumas bases nitrogenadas livres, não pareadas por complementaridade, em ambas as fitas. Isso facilita a
religação de fitas de DNA com sequências complementares livres e, por isso, as enzimas que assim clivam o
DNA são denominadas de sticky end (terminação coesiva, “grudenta”, em tradução livre do inglês).
Ilustração representando a diferença na clivagem de DNA entre enzimas de
restrição coesivas (sticky) e retas, ou cegas (blunt), com exemplos.
Para usar enzimas de restrição como ferramentas de clonagem molecular, é preciso ter atenção e garantir que
a sequência de DNA reconhecida pela enzima esteja presente apenas uma vez, tanto no vetor quanto no
inserto. Caso contrário, a enzima terá múltiplos sítios de clivagem e iremos fragmentar demais o vetor ou
inserto, tornando-o inútil.
 
No caso do uso de enzimas do tipo coesivas, é necessária a mesma sequência de clivagem tanto MCS do
vetor quanto nas extremidades do inserto. Caso a sequência de reconhecimento e clivagem não esteja
presente na posição correta em um dos dois, a clonagem não dará certo, pois não haverá a
complementaridade necessária ao pareamento e posterior ligação das sequências.
 
Se a opção for por uma enzima do tipo “cegas”, pode-se usar enzimas diferentes para digerir o inserto e o
vetor, já que as sequências são cortadas no mesmo ponto, nas duas fitas. No entanto, a eficiência da próxima
etapa, a ligação, vai ser muito mais reduzida do que se forem usadas enzimas do tipo coesivas.
Uma vez concluída a digestão do vetor e do inserto separadamente, o próximo passo é a união das
sequências do inserto e do vetor. Após isso, verifica-se se a digestão ocorreu conforme esperado,
por meio de uma eletroforese, em que o DNA do vetor, antes circular, foi linearizado, migrando mais
facilmente do que sua forma circularizada. Em seguida, estabiliza-se o DNA digerido do vetor
usando uma enzima chamada fosfatase. Ela remove os fosfatos do 5º carbono da desoxirribose, o
que impossibilita a restauração da ligação fosfodiéster entre os nucleotídeos do próprio vetor. Isso
previne que o vetor se recircularize espontaneamente, o que impediria a clonagem do inserto.
Como o inserto não teve seus fosfatos removidos pela fosfatase, a ligase consegue unir apenas o pareamento
vetor-inserto.
 
Uma vez construído o vetor com o DNA recombinante de interesse, é preciso expandir o novo plasmídeo, o
que pode ser feito tanto por transformação bacteriana quanto por PCR. Ainda que a bactéria não seja o
sistema final de expressão ou o organismo que queremos modificar, a expansão do plasmídeo recombinante
nesse sistema aumenta a eficiência da subsequente transformação da célula-alvo.
A enzima DNA-ligase faz a restauração da ligação fosfodiéster, após digestão
enzimática, do inserto no vetor.
Transformação, seleção dos clones recombinantes e
multiplicação
Uma vez que o vetor com DNA recombinante tenha sido obtido, é hora de transferi-lo de um microtubo de
ensaio para dentro de células. Como você viu, existe um processo natural de obtenção de DNA exógeno a
partir do ambiente que células bacterianas são capazes de fazer, denominado transformação.
 
As bactérias que fazem transformação são chamadas de bactérias competentes. Existem diversas espécies
bacterianas que são naturalmente competentes. Em biotecnologia, no entanto, é mais comum trabalharmos
com uma bactéria que não é naturalmente competente: a Escherichia coli, um bacilo Gram-negativo presente
na microbiota do nosso organismo.
 
A E. coli tem sido largamente utilizada em clonagem molecular, modificação genética e como sistema
hospedeiro para expressãoestável de proteínas, por ter um rápido crescimento em cultivo feito em meio
relativamente simples e ter o genoma bem caracterizado. Além disso, as cepas usadas em laboratório são não
patogênicas, o que a torna um hospedeiro simples e seguro de se manipular em baixo nível de biossegurança.
Procedimento de transformação
Se a E. coli não é capaz de fazer transformação, é possível usá-la como sistema?
 
Talvez o procedimento mais utilizado seja por meio do tratamento com cálcio (Ca+2). Quando em solução
contendo cálcio, as células são congeladas instantaneamente e assim sua competência é preservada. Quando
formos usar a bactéria para transformação, ela já estará competente e terá maior capacidade de
transformação. Mesmo assim, apenas uma em cada 10 mil células terá a entrada do plasmídeo feita com
sucesso.
 
Para transformar a E. coli, será necessário descongelá-la em gelo, para não perder a competência, e incubar
as células junto com o DNA plasmidial. Junto com a elevação rápida de temperatura por alguns segundos no
procedimento chamado de choque térmico (42oC por 30 a 45 segundos), a parede celular bacteriana, na
presença de cálcio, torna-se mais permeável à entrada de DNA livre no meio. Após rápida incubação em gelo,
as células são semeadas em meio sólido seletivo.
Representação da transformação bacteriana. Após congelamento instantâneo de
bactéria sensível a antibiótico (1), a parede celular fica permeável (2). O plasmídeo é
incubado com a bactéria, e pode entrar mediante choque térmico (3). Os clones
cuja transformação foi bem-sucedida são capazes de crescer sob seleção (4).
A eficiência da transformação é proporcional à quantidade de DNA recombinante usado: quanto mais DNA,
maior a chance de a transformação acontecer. Por isso, quando se trabalha com DNA recombinante, é
necessário usar o máximo possível do vetor recombinante para obter o máximo de colônias e poder selecionar
posteriormente aquelas que tiveram a clonagem bem-sucedida. Essa regra também é válida para a simples
expansão de plasmídeos, mas se DNA demais for usado nesse caso, depois não será possível diferenciar as
colônias de clones.
Seleção dos recombinantes e multiplicação
Uma das formas de seleção de transformantes (bactérias transformadas) mais frequentemente usada é a
seleção pelo uso de antibióticos no meio de cultivo – o mais comumente utilizado é a ampicilina, um derivado
da penicilina; as células devem crescer de um dia para o outro em incubadora de 37oC.
 
Caso a transformação tenha sido bem-sucedida, é possível ver o crescimento de bactérias resistentes à
seleção por antibiótico. Mas isso não é suficiente para garantir que o vetor transformado tenha o inserto 
recombinado. Para isso, é preciso verificar quais colônias de clones idênticos geneticamente possuem o vetor
com inserto por meio de PCR e, idealmente, de sequenciamento. Finalmente, fazemos a expansão dos clones
positivos para a recombinação, simplesmente repicando a colônia em meio de cultivo com seleção. A partir
daí, podemos congelar uma alíquota de células, ou podemos extrair o DNA plasmidial.
 
Se o plasmídeo foi usado apenas como um vetor de expressão em bactérias, a seleção por antibiótico é a
única necessária. Caso o sistema seja eucarioto (leveduras, células vegetais ou animais), será necessário
outro marcador de seleção, específico para o tipo de sistema que estiver sendo trabalhado. Da mesma forma
como podemos usar antibióticos para selecionar as bactérias que contêm o plasmídeo, podemos trabalhar
com genes de resistência a antibióticos que ajam contra eucariotos, como antifúngicos e outros compostos
tóxicos às células.
Outra forma de seleção presente em eucariotos consiste em sistemas que permitem o crescimento da célula
na ausência de um nutriente essencial e que leva um nome complicado: complementação auxotrófica.
Auxotrófica
Auxotrofia é a incapacidade que certos organismos têm de crescer em meio de cultivo na ausência de
determinado nutriente.
Nesse sistema de seleção é possível, por exemplo, adicionar ao vetor recombinado o gene da enzima que faz
a síntese do nutriente ausente no meio. Assim, apenas as células que contêm o DNA recombinante crescem
em meio de cultivo sem determinado nutriente.
Outras técnicas de recombinação, transformação e seleção
A especialista Camila Baez apresenta outras técnicas de recombinação, transformação e seleção
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
Verificando o aprendizado
Questão 1
A tecnologia do DNA recombinante tem muitas aplicações em diversos setores e é uma
importante ferramenta da biotecnologia. Sobre DNA recombinante, é incorreto afirmar que:
A
Mesmo que não sejam o sistema hospedeiro final, as bactérias são úteis na técnica do DNA recombinante.
B
O DNA recombinante consiste na união de sequências de DNA de duas ou mais origens diferentes.
C
Os vetores são pequenas moléculas de DNA autorreplicantes em bactérias.
D
A conjugação bacteriana é a principal forma de inserir o DNA recombinado nas células.
E
A seleção por antibiótico é uma das principais formas de selecionar os clones recombinantes.
A alternativa C está correta.
As bactérias podem adquirir DNA de forma horizontal por meio da conjugação, em que duas células trocam
material genético, ou por meio de transformação, em que DNA livre no ambiente é obtido por células
competentes. Na tecnologia do DNA recombinante, a forma de entrada do DNA recombinante é pela
transformação.
Questão 2
Para a clonagem molecular, precisamos de um inserto, um vetor e um hospedeiro. Sobre a
clonagem molecular, é correto afirmar que:
A
Os plasmídeos são vetores autorreplicativos nos quais inserimos um DNA exógeno a ser clonado.
B
Chamamos de transformação ao processo de transformar organismo selvagem em geneticamente modificado.
C
Os plasmídeos não precisam de origem de replicação específico para serem expressos em sistemas
eucariontes.
D
As enzimas de restrição são usadas na clonagem para sintetizar novas sequências de DNA, mediante sua
capacidade sintetase.
E
Os clones são selecionados com base em sua semelhança fenotípica em microscopia ótica.
A alternativa A está correta.
Vetores de clonagem molecular são DNA circulares extracromossomais, dispensáveis à sobrevivência da
célula na ausência de pressão seletiva. Eles são replicados de forma independente por possuírem todos os
elementos básicos à replicação, como uma origem, promotores e terminadores.
3. Aplicações da tecnologia do DNA recombinante
Produção heteróloga de proteínas recombinantes
Como você viu, a tecnologia do DNA recombinante pode ser usada em diversas áreas, da Medicina à indústria
de biocombustíveis e sustentabilidade. Apesar da variedade de setores que se beneficiam do avanço
científico e produtivo dessa técnica, a tecnologia em si pode ser subdividida em dois tipos de sistemas
principais: expressão de proteínas recombinantes e modificação genética de um organismo de forma
permanente.
Comentário
Caso o objetivo com a tecnologia do DNA recombinante seja produzir grandes quantidades de uma
proteína, deve-se trabalhar com um sistema de expressão. As proteínas produzidas têm aplicações
diversas. Pode-se usá-las para modificar o metabolismo de uma célula ou organismo quando, por
exemplo, tornamos uma planta ou bactéria resistente a um produto químico em particular. Pode-se
modificar proteínas, conjugando-as com outras proteínas fluorescentes, para visualização de estruturas
celulares. Ainda é possível usar o DNA recombinante para produzir grandes quantidades de proteínas
que serão purificadas e usadas em outro contexto. 
Dependendo da aplicação pretendida, o sistema vai ser de expressão homóloga ou de expressão heteróloga.
Expressão homóloga
A expressão homóloga consiste na criação de
um vetor recombinante contendo um gene já
presente no genoma cromossômico da célula
hospedeira. Normalmente, o objetivo dessa
abordagem é aumentar a síntese de uma
proteína celular específica para alterar o
metabolismo da célula.
Expressãoheteróloga
Na expressão heteróloga, usa-se um gene de
um organismo A para ser expresso na célula B.
Por exemplo, pode-se expressar a proteína
verde fluorescente de águas vivas em células
animais em cultivo, com diversas finalidades.
Uma delas é a posterior separação da célula
modificada daquelas que não o foram, em uma
espécie refinada de seleção.
A expressão de proteínas recombinantes heterólogas é ainda subdividida em dois tipos, de acordo com a
permanência da expressão:
Transiente
Também conhecida como temporária, ocorre
quando o vetor recombinante usado permanece
separado do genoma cromossômico e pode ser
perdido, seja pela remoção de seleção seja por
múltiplas passagens em cultivo – especialmente
para células de mamífero.
Permanente
Ocorre quando o DNA recombinante é
integrado no genoma da célula hospedeira e,
após uma seleção inicial, não requer
manutenção da pressão seletiva. Isso porque,
uma vez integrado ao genoma, o DNA
recombinante não é removido – a não ser que
algo seja diretamente feito para que isso
aconteça.
Principais sistemas celulares de expressão de proteínas recombinantes
heterólogas
Para que uma grande quantidade de proteínas seja produzida por meio de expressão heteróloga, é necessário
usar o sistema celular certo. Na escolha do sistema celular, a preferência é para tipos celulares que cresçam e
se multipliquem rapidamente, e que sejam de simples manutenção e manipulação genética. Sendo assim,
normalmente trabalhamos com dois tipos de células, as bactérias – especialmente a E. coli – e a levedura –
como a Saccharomyces cerevisiae, mas também podemos usar outras. Ambos os sistemas apresentam curto
tempo de duplicação celular, baixo risco biológico, fácil manipulação genética e já existe vasto conhecimento
de seu genoma.
Recomendação
A escolha do sistema de expressão, no entanto, deve ser feita com cautela, já que nem toda proteína
heteróloga é corretamente expressa em qualquer sistema. 
A E. coli é um dos sistemas de expressão de proteínas heterólogas mais usados. Seu tempo de duplicação é
de cerca de 20 minutos, e em poucas horas pode-se ter quantidade massiva de células expressando a
proteína. Além disso, conhecemos bem sua genética e fisiologia e podemos usá-las a nosso favor,
aumentando a produção da proteína recombinante. Vale lembrar que, para usar a E. coli como sistema de
expressão, o vetor deve ter sido otimizado com as sequências Ori, promotores, terminadores e seleção ideais
para essa espécie de bactérias; caso contrário, a obtenção da proteína pode não acontecer.
 
As aplicações da E. coli como sistema de produção de proteínas heterólogas são vastas. Em especial, seu uso
tem sido muito explorado na produção de biofármacos. Por exemplo, a insulina humana produzida em E. coli é
licenciada para uso humano, no tratamento de diabetes, desde a década de 1980. Outros exemplos de
proteínas humanas produzidas em E. coli para posterior uso terapêutico incluem interferons, para tratamentos
de doenças virais crônicas e de câncer, e diversos hormônios, como a calcitonina e hormônio da paratireoide,
e glucagon.
 
Contudo, a E. coli apresenta uma grande limitação: por ser um procarioto, ela não faz modificações pós-
traducionais nas proteínas de eucariotos. Essas mudanças são feitas após a cadeia de aminoácidos ter sido
completamente sintetizada, e podem incluir aceleração na formação da estrutura tridimensional final da
proteína – processo feito por proteínas auxiliares denominadas chaperonas – ou adição de grupamentos
químicos, como fosfatos e açúcares. Por isso, quando tais modificações são requeridas para o funcionamento
da proteína no organismo humano, a E. coli deixa de ser um bom sistema de uso.
 
Nesses casos, as leveduras, por serem eucariotos, podem ser capazes de fazer modificações pós-
traducionais. De forma geral, as leveduras são a primeira linha de escolha como alternativa à E. coli para
produção de proteínas heterólogas, por também serem unicelulares e terem fácil crescimento e manutenção
em laboratório, além de metabolismo e genoma bem estudados. Entretanto, algumas modificações pós-
traducionais feitas pelas leveduras podem não corresponder às observadas nas proteínas do organismo
original, e acabar causando reações imunológicas quando inoculadas no paciente. Por isso, ao trabalhar com
proteínas heterólogas complexas, é fundamental que haja extensos estudos para a validação da levedura
como sistema. Acesse o material suplementar na sessão Explore+ para aprender mais detalhes sobre o uso da
levedura como sistema de expressão de proteínas heterólogas.
 
Alternativamente, tem-se a produção de proteínas heterólogas ou homólogas em cultivo de células de
mamíferos. A produção de anticorpos monoclonais, por exemplo, é costumeiramente feita em células
modificadas de mamífero, por serem extremamente complexos. Porém, as células de mamífero são de difícil
manutenção e crescem muito mais lentamente que micro-organismos, requerendo laboratórios e mão de obra
mais especializados e caros.
Purificando a proteína heteróloga
Ao trabalhar com proteínas heterólogas, alguns cuidados devem ser tomados para garantir a quantidade
máxima de proteína purificada.
1
Cuidado 1
Primeiro, devemos ter meios de detecção da produção da proteína, e identificar em qual momento
sua expressão atinge o ápice para poder ser purificada.
2
Cuidado 2
Também é preciso garantir o máximo de solubilidade da proteína, pois, se ela formar precipitados
no hospedeiro, não conseguiremos separá-la.
3
Cuidado 3
Além disso, a formação de precipitados pode prejudicar o metabolismo e a própria viabilidade do
sistema hospedeiro, caso se torne tóxico à célula.
4
Cuidado 4
Adicionalmente, é preciso ter uma forma de purificá-la. Para isso, lançamos mão de técnicas de
cromatografia de afinidade, em que a afinidade química forte entre dois compostos diferentes
permite que o composto solúvel seja ligado com alta especificidade e, após lavagens, seja purificado
com elevada produtividade.
Curiosidade
Dois compostos diferentes Um solúvel em um meio macromolecular complexo e ou outro fixado em uma
coluna ou resina. 
Marcador Sequência de aminoácidos 
Flag-tag DYKDDDDK
HA-Tag YPYDVPDYA
Poli-His-Tag 6 ou mais histidinas seguidas (HHHHHH)
Myc-Tag EQKLISEEDL
Marcador Sequência de aminoácidos 
GFP-Tag Proteína verde fluorescente, cadeia longa
Biotina Se liga à Estreptoavidina
Marcadores de proteína.
Camilla Baez.
Modificando organismos geneticamente
Talvez a maior possibilidade oferecida pela engenharia genética, além dos sistemas biológicos simples para
expressão heteróloga de proteínas, seja a capacidade de modificação direta do genoma de organismos.
Podemos usar ferramentas clássicas, como a recombinação homóloga, ou técnicas mais modernas, como a
CRISPR/Cas.
 
Como você já viu, a recombinação homóloga acontece em células que passam por meiose, em que trechos
dos cromossomos homólogos (cromossomos que contêm o mesmo tamanho, estrutura e genes) são trocados
durante o emparelhamento para posterior separação e citocinese. Essa troca é uma ferramenta de
variabilidade genética, gerando gametas com conteúdo genético mais diversificado.
 
A recombinação homóloga pode acontecer como resposta de dano ao DNA (DDR – DNA damage repair, em
inglês). Durante a divisão celular, erros na síntese do DNA podem desencadear a resposta de reparo, tanto na
mitose quanto na meiose. Os tipos de erros são muitos, como a incorporação de nucleotídeos errados, ou a
quebra da ligação fosfodiéster entre os nucleotídeos que compõem a fita-molde (quebras nas fitas-duplas, 
DSB – double-strand breaks, em inglês). A DDR pode levar ao reparo e à viabilidade celular ou à morte celular,
dependendo de quão extenso seja o dano.
Exemplos de dano ao DNA que desencadeiam a resposta ao dano do DNA.
Na engenharia genética, podemos nos beneficiar desse sistema de reparo. Em especial, a DSB pode ser
explorada, pois então as fitas estarão livres (e parcialmente descontinuadas) para que a recombinação
homóloga possa serfeita. Da mesma forma, como o DNA de cromossomos homólogos se pareiam e são
trocados no crossing over, pode-se usar o pareamento com sequências homólogas exógenas produzidas por
DNA recombinantes, e introduzir um inserto no genoma.
 
É necessário garantir que o DNA com homologia esteja, no entanto, bem próximo do sítio de quebra. Nesse
caso, o DNA exógeno terá entrado na célula por meio de transformação, e o genoma da célula começa a ser
replicado. Uma vez que o DNA tenha sido quebrado em ambas as fitas, ocorre o processo de ressecção, em
que parte da fita dupla é removida, deixando uma fita simples, que será usada como molde de homologia. A
recombinação homóloga pode ser dividida em três etapas:
Pré-sinapse
Pré-sinapse – após a DSB, enzimas conhecidas como recombinases
formam um complexo ao redor do sítio em que a fita dupla foi quebrada.
Essas proteínas se ligam às fitas simples, o que facilita o reconhecimento
das regiões de homologia.
Sinapse – caso o DNA homólogo esteja presente, as recombinases farão
o pareamento dos nucleotídeos entre as fitas quebradas e o inserto
homólogo.
Pós-sinapse – o complexo recombinase é desfeito, e a duplicação do
DNA é feita, finalizando o processo de recombinação homóloga.
Sinapse
Sinapse – caso o DNA homólogo esteja presente, as recombinases farão
o pareamento dos nucleotídeos entre as fitas quebradas e o inserto
homólogo.
Pós-sinapse – o complexo recombinase é desfeito, e a duplicação do
DNA é feita, finalizando o processo de recombinação homóloga.
Pós-sinapse
Pós-sinapse – o complexo recombinase é desfeito, e a duplicação do
DNA é feita, finalizando o processo de recombinação homóloga.
A recombinação homóloga permitiu o desenvolvimento de micro-organismos, plantas e animais modificados
geneticamente. Hoje, podemos remover um gene por completo de um organismo, gerando os chamados 
nocautes (KO – knock-out, em inglês). Também podemos usar essa ferramenta para transferir genes de um
organismo A para o B, como foi visto para a produção de cereais transgênicos contendo o gene Bt do Bacillus
thuringiensis. O princípio da recombinação homóloga também abriu caminho para uma técnica ainda mais
moderna: a edição genética usando o sistema CRISPR/Cas, objeto de estudo da videoaula.
Reconhecer aplicações da tecnologia do DNA recombinante
A especialista Camila Baez fala sobre a ferramenta de edição genética CRISPR/Cas.
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
Bibliotecas de DNA e cDNA
Outra aplicação da clonagem molecular é a produção de bibliotecas de DNA, produzidas pela clonagem de
milhares de genes de um organismo-alvo dentro de bactérias ou leveduras, como livros em uma biblioteca. As
bibliotecas de cDNA, por exemplo, contêm todos os genes transcritos reversamente (de RNA para cDNA),
representando todos os genes sendo expressos em determinado momento, que podem estar relacionados à
fase do ciclo celular, ao desenvolvimento do organismo, a condições ambientais e específicas de cada tecido.
 
Como são feitas a partir dos RNA mensageiro sendo expressos, as bibliotecas de cDNA não possuem
elementos regulatórios, como promotores e terminadores, nem elementos não traduzidos, como introns. Como
bactérias não têm os mesmos elementos reguladores, nem introns, as bibliotecas de cDNA são sistemas úteis
na produção heteróloga de proteínas de eucariotos em sistemas procariotos.
 
Caso haja interesse em estudar o DNA genômico, pode-se utilizar bibliotecas de DNA, que contêm todos os
elementos regulatórios e introns, e são formadas como cromossomos artificiais em bactérias (BAC – Bacterial
Artificial Chromosome, em inglês), leveduras (YAC – Yeast Artificial Chromosome, em inglês) ou PAC (P1-
derived Artificial Chromosome, em inglês). As bibliotecas de DNA são particularmente úteis em pesquisa
científica sobre expressão de genes usando sistemas heterólogos.
Verificando o aprendizado
Questão 1
A engenharia genética permitiu a evolução de terapias e de melhoramentos biológicos. Sobre
a produção heteróloga de proteínas, é correto afirmar que:
A
As proteínas heterólogas são produzidas por meio de modificações genéticas no organismo em que elas são
usadas.
B
A tecnologia do DNA recombinante não está relacionada à produção de proteínas heterólogas.
C
O principal organismo usado na produção de proteínas heterólogas é o cultivo celular de insetos.
D
A E. coli é o principal sistema de expressão de proteínas heterólogas, por ser de fácil manutenção e
crescimento.
E
Apenas células de natureza humana podem produzir proteínas heterólogas de humanos, caso contrário as
proteínas não serão funcionais.
A alternativa D está correta.
Para que a produção de proteínas heterólogas seja bem-sucedida, são necessárias grandes quantidades
de proteínas e, consequentemente, de muitas células. A E. coli é uma bactéria não patogênica, que duplica
rapidamente, permitindo que grandes quantidades de células sejam obtidas em poucas horas.
Questão 2
“Frente aos avanços tecnológicos e no conhecimento, o entendimento dos mecanismos
envolvidos na divisão celular e os diferentes fatores que controlam as fases do ciclo celular
vêm ganhando destaque e uma nova compreensão em nível molecular.” (NEPOMUCENO et al.,
2017)
Considerando a afirmação acima, assinale a alternativa correta:
A
Uma das ferramentas usadas na engenharia genética é a transmutação, capaz de alterar organismos a partir
da entrada de genes endógenos.
B
Uma das ferramentas úteis na engenharia genética é a recombinação, feita especialmente por translocases,
que translocam segmentos de DNA de um cromossomo a outro.
C
A recombinação heteróloga é usada para inserir segmentos de DNA que contêm sequências idênticas, por
meio de recombinases.
D
A recombinação homóloga é usada para inserir segmentos de DNA que contêm sequências idênticas, por
meio de recombinases.
E
O sistema de reparo de dano ao DNA constitui uma ferramenta usada pela técnica de transformação, em que a
restrição enzimática repara a quebra da fita dupla do DNA.
A alternativa D está correta.
O processo de recombinação homóloga acontece quando há quebra da fita dupla de DNA. No local da
quebra, forma-se um complexo de reparação que contém recombinases, enzimas responsáveis pelo
pareamento com sequências idênticas que auxiliam no reparo ao inserirem as sequências livres.
4. Conclusão
Considerações finais
Neste estudo você viu como a biotecnologia tem contribuído para avanços científicos significativos. Viu como
indústrias têm se beneficiado do aumento de produtividade obtido por alterações genéticas feitas
artificialmente, e como é importante haver regulação e controle em níveis nacionais e internacionais para
proteção das espécies originais, não modificadas.
 
Você teve oportunidade de conhecer os principais elementos biológicos e técnicos necessários para a
tecnologia do DNA recombinante, um instrumento chave na engenharia genética. Também conheceu aspectos
técnicos de execução e controle de qualidade, em nível molecular, das alterações feitas.
Aqui mostramos algumas aplicações de modificações genéticas, como a produção de proteínas heterólogas, e
seus usos em diferentes indústrias.
 
Em resumo, este material apresentou as diversas formas de uso da biotecnologia na modificação de genomas
e como isso impacta diversas áreas das indústrias.
Podcast
Agora, a especialista Camilla Baez encerra o tema falando sobre Modificações genéticas em organismos
pluricelulares.
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para ouvir o áudio.
Explore+
Conheça mais sobre:
 
Os transgênicos no Brasil, no website da Embrapa.
 
A Lei nº 11.105/2005, no website do Governo.
 
As técnicas de Biologia Molecular – PCR, no vídeo da USP/Univesp, disponível no youtube.
 
Sequenciamento de Sanger – PPCC Biologia Molecular, da UFSC, disponível no youtube.
 
As leveduras como sistema de expressão de proteínas heterólogas no artigo de Fernando Araripe
Torres e Lidia Maria Pepe de Moraes, da UFPE: “Proteínas recombinantes produzidas em