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B IO T E C N O LO G IA PAULO JUBILUT 2018 Biotecnologia 03 BIOTECNOLOGIA 03 SUMÁRIO B IO T E C N O LO G IA 3www.biologiatotal.com.br BIOTECNOLOGIA Desde a antiguidade, o homem utiliza técnicas que visam a melhoria das condições de alimentação e de trabalho. Através de cruzamento entre plantas selecionadas, obtém- se melhores resultados na produção de grãos, de frutos e de espécies mais resistentes. O cruzamento entre animais selecionados, produz, por exemplo, gado especializado para corte, para produção de leite ou para o trabalho pesado. Além disso, o homem também utiliza substâncias produzidas por microrganismos como fungos e bactérias; dentre elas podemos citar os antibióticos obtidos a partir de culturas de fungos e outros medicamentos produzidos por bactérias, além de substâncias usadas na indústria alimentícia para acentuar ou dar sabor aos alimentos. A utilização de substâncias úteis ao ser humano, produzidas por microrganismos, plantas ou animais, é chamada de biotecnologia. Atualmente, outras técnicas foram desenvolvidas, tendo como base a manipulação do DNA. Neste caso, temos a tecnologia do DNA recombinante, que permite o transplante de genes de uma espécie para outra, formando assim a molécula de um DNA que não existia na natureza. O avanço dos estudos de genética permitiu a reprogramação de um ser vivo, de tal modo que ele passe a produzir uma determinada substância de interesse para o ser humano. A maior vantagem dessa técnica é a rapidez na produção da referida substância ou na manifestação da característica determinada pelo gene “criado” no laboratório. Antes da tecnologia da recombinação genética, as modificações do DNA eram obtidas apenas através da seleção de mutações, dos resultados de cruzamentos artificiais ou de substâncias naturais produzidas por determinados organismos. Uma das técnicas de biologia molecular é a que utiliza enzimas de restrição. Essas enzimas são específicas e cortam a molécula de DNA sempre nos mesmos locais, produzindo a mesma sequência genética. Desta forma, é possível isolar uma determinada sequência de DNA que induz a formação da substância que se quer obter. Após isolar o fragmento de DNA, este é inserido no plasmídio de uma bactéria; esse plasmídio torna-se assim um DNA recombinante. Ao se reproduzir por cissiparidade, a bactéria duplica o DNA recombinante, passando-o para as novas bactérias. Esse processo de cópia de DNA recebe o nome de clonagem de DNA. Como resultado, teremos uma colônia de bactérias capazes de sintetizar no seu metabolismo a substância que se deseja produzir. O passo seguinte é isolar essa substância e utilizar. Como exemplo desse processo, citamos a produção de insulina humana. Outra forma de introduzir um DNA recombinante numa célula hospedeira é utilizar o DNA de um vírus, pois são moléculas grandes, que aceitam com facilidade uma sequência de DNA, ao contrário de um plasmídio, que, por ser pequeno, dificulta a introdução de uma sequência de DNA recombinante. 4 B IO T E C N O LO G IA Um dos problemas enfrentados nesta técnica é a impermeabilidade da membrana plasmática a moléculas de DNA. Existem várias técnicas para contornar a situação, como por exemplo, a utilização de sais de cálcio, que aumentam a permeabilidade da membrana; o uso de micropipetas ou, em alguns casos, de uma espécie de canhão de genes, que garante a entrada do DNA na célula hospedeira acondicionado em bolhas de gordura chamadas lipossomos, material permeável à membrana. Quando consideramos organismo nos quais se tenha introduzido DNA de outra espécie ou DNA modificado da mesma espécie, esses organismos são denominados organismos geneticamente modificados (OGM). Um organismo geneticamente modificado foi submetido a técnicas laboratoriais que, de alguma forma, modificaram seu genoma, enquanto que um organismo transgênico foi submetido a técnica específica de inserção de um trecho de DNA de outra espécie. Assim, o transgênico é um tipo de OGM, mas nem todo OGM é um transgênico. Devido a relação existente entre esses termos, frequentemente, eles são utilizados de forma equivocada como sinônimos. A técnica da transgenia tem como objetivo principal selecionar plantas e animais mais resistentes a doenças, pragas, agrotóxicos e mudanças climáticas, e que sejam também mais nutritivos e produtivos. Vamos citar alguns exemplos de transgênicos. Animais Transgênicos: entre os animais, existem os que possuem genes para produção de determinadas substâncias, como acontece com as cabras transgênicas que produzem no leite, fatores para a coagulação do sangue. Porcos que receberam gene para o hormônio do crescimento, produzem carne com menor teor de gordura. DNA-recombinante via Plasmidial LEITURA COMPLEMENTAR Mosquito transgênico reduz população de Aedes em 81% em bairro de Piracicaba Os Aedes aegypti transgênicos, conhecidos como “Aedes do Bem” vêm se mostrando poderosos no combate ao mosquito Aedes aegypti – transmissor da dengue, febre amarela, zika e chikungunya. Segundo a Oxitec, empresa que produz estes mosquitos geneticamente modificados, os “Aedes do Bem” que foram soltos num bairro de Piracicaba reduziram em 81% as larvas de Aedes aegypti selvagens em comparação com uma área não tratada. Mas como isso funciona? Ao portarem um gene alterado, os machos do Aedes do Bem, produzem filhotes que Im ag em : O xi te c. não sobrevivem por muito tempo. Dessa forma essa nova prole não é capaz de se reproduzir, causando a redução da população desses insetos! Ao serem liberados, os “Aedes aegypti” do Bem procriam com fêmeas selvagens, gerando descendentes que morrem antes da vida adulta. B IO T E C N O LO G IA 5www.biologiatotal.com.br Muitos devem se perguntar se liberação de mais mosquitos Aedes aegypti não faria aumentar a incidência dessas doenças. Este raciocínio poderia fazer sentido se os machos também picassem humanos e transmitissem doenças, mas isso não ocorre! Apenas a fêmea ingere sangue para que ocorra o desenvolvimento dos ovos e, como ela pica diferentes pessoas, ao entrar em contato com sangue de pessoas contaminadas, ela pode expor as pessoas saudáveis aos vírus que está carregando. Segundo o diretor geral da Oxitec os resultados positivos em Piracicaba demonstram a capacidade dos “Aedes do Bem” de controlar a população selvagem do Aedes aegypti, vetor de tantas doenças. Se você quiser entender mais sobre como funciona esta técnica, o Professor Jubilut visitou a fábrica onde os “Aedes do Bem” são produzidos, acompanhou a soltura destes animais e esclareceu diversas dúvidas. Confira no vídeo abaixo! Assista o vídeo clicando no link: https://goo.gl/2xTzgv Fonte: Oxitec. Plantas Transgênicas: neste caso, existem plantas mais resistentes a pragas, à seca, à salinidade do solo, além de outras com melhor qualidade nutritiva. No Brasil, a Embrapa desenvolve várias pesquisas nessa área, produzindo soja resistente a herbicidas; mamão, feijão e batata, imunes aos vírus que atacam essas plantações; cacau resistente à vassoura-de-bruxa e soja e milho transgênicos capazes de produzir insulina e hormônio do crescimento humano. Essas plantas ainda não são comercializadas, pois estão em fase de teste. Outros testes estão sendo feitos com o arroz dourado, que recebeu genes da flor narciso e de uma bactéria para produzir betacaroteno. Essa substância é convertida em vitamina A no organismo e evita a cegueira noturna. TERAPIA GÊNICA As técnicas de biologia molecular podem ainda ser utilizadas para diagnóstico de diversas doenças genéticas. Conhecido o gene responsávelpela doença, é possível fabricar um filamento complementar chamado sonda, capaz de se encaixar no gene e acusar sua presença. Desse modo, a doença, ou a predisposição a ela, poderá ser detectada ainda no embrião, através de células retiradas da placenta ou do líquido amniótico. A terapia gênica ainda é um processo muito complexo e está em fase experimental. Consiste em transferir genes normais para um organismo para tratamento de doenças genéticas. Em 1990, essa terapia foi usada pela primeira vez para tratar uma menina de três anos que tinha incapacidade de produzir anticorpos pela falta de uma enzima específica. Foi feita uma transfusão de glóbulos brancos retirados do próprio sangue da menina e modificado geneticamente em laboratório, tendo eles recebido o gene normal para a produção da enzima. O sistema imunológico da criança respondeu favoravelmente e começou a produzir os anticorpos, porém apenas 25% do normal. Apesar disso, hoje essa criança leva uma vida praticamente normal. Modernamente a reprogramação genética é feita em células-tronco da medula óssea, o que garante a produção de quantidades suficientes de células reprogramadas por toda a vida. Outra forma é se implantar genes modificados através de um vírus atenuado. Os vírus invadiriam as células carregando o gene e induzindo a fabricação da substância defeituosa. Entretanto existem vários problemas não resolvidos: a dificuldade de se implantar genes modificados em grande quantidade de células doentes, sem alterar células saudáveis; há 6 B IO T E C N O LO G IA LEITURA COMPLEMENTAR ainda o risco de reação contra o vírus usado para o implante; tanto o vírus quanto o gene implantado podem se recombinar com outros genes do indivíduo e causar problemas; nem sempre o gene injetado manifesta seus efeitos no organismo. Quando tratamos DNA com enzimas de restrição, obtemos uma série de fragmentos de DNA com tamanhos diferentes. Essa coleção de fragmentos é específico para cada indivíduo. Pessoas aparentadas podem apresentar fragmentos semelhantes, mas nunca completamente iguais, com exceção dos gêmeos univitelinos. Dessa maneira, cada pessoa possui uma impressão digital genética ou impressão digital do DNA (como se fosse um código de barras individual). A análise desse código de barras é usada para determinação de paternidade, para identificar um criminoso ou inocentar suspeitos. Nos casos de determinação de paternidade, é feita a comparação dos fragmentos de DNA do pai, da mãe e da criança. Quando bem realizado, o exame indica a paternidade com uma probabilidade de 99,999% de acerto. A análise do DNA também é usada em pesquisas de grau de parentesco entre populações da mesma espécie ou de espécies diferentes, como ocorreu quando foi descoberto o mamute congelado na Sibéria. A análise do DNA daquele animal, com idade entre 9.700 e 50 mil anos, mostrou que provavelmente ele foi o parente mais próximo dos elefantes africanos do que dos elefantes asiáticos. Aprovada 1ª Terapia Genética contra o câncer nos EUA Em 30 de agosto de 2017, a Administração de Alimentos e Drogas dos EUA (Órgão semelhante à Anvisa do Brasil) concedeu a autorização para a 1ª terapia genética contra o câncer no País. O tratamento poderá ser realizado em pacientes que possuem DNA Fingerprint obtido pela técnica da eletroforese Leucemia Linfoide Aguda (LLA), doença mais comum na infância que afeta os leucócitos. Essas células presentes no sangue, também conhecidas como glóbulos brancos, que são responsáveis pela defesa do organismo contra doenças, alergias e infecções. B IO T E C N O LO G IA 7www.biologiatotal.com.br O tratamento é chamado de Kymriah e utiliza uma técnica chamada de CAR-T cell, que consiste em uma terapia que aproveita o sistema imunológico do corpo do paciente para acabar com as células cancerígenas. Após realizar uma coleta de sangue no paciente que irá se submeter a terapia, suas células T (que participam do sistema imunológico) são isoladas dos demais componentes sanguíneos, e através de um vírus (que funcionam como veículos transportadores), são “munidas” com um anticorpo capaz de reconhecer estruturas na superfície de células cancerígenas. Depois que as células T modificadas se multiplicam, elas são injetadas no paciente, e na corrente sanguínea identificam as células cancerígenas e as destroem. A técnica já foi testada e aprovada através de ensaios clínicos, onde 52 outros pacientes participaram e tiveram sucesso em seu tratamento. O uso do Kymriah foi liberado em pessoas de até 25 anos que estejam sofrendo com o retorno da LLA (ou seja, a volta da doença). Infelizmente, de acordo com a Novartis, empresa que participou do desenvolvimento da técnica, os tratamentos não serão baratos e, no início, deverão custar cerca de US $ 475.000. A empresa justifica que o alto valor reflete o quão bem a droga funciona no organismo de uma pessoa. A terapia que já é considerada a alternativa para a cura de muitas doenças, deve ser utilizada somente em último caso, já que pode ocasionar efeitos colaterais severos no paciente, como problemas neurológicos com o potencial de levar o paciente a óbito. De qualquer forma, técnicas como essa utilizadas de maneira correta e prudente, possuem um potencial inovador para a medicina, capaz de tratar e curar doenças que hoje são consideras incuráveis, devolvendo a esperança de vida à milhares de pessoas do mundo. Fonte: Business Insider. PCR – REAÇÃO EM CADEIA DA POLIMERASE A Reação em Cadeia da Polimerase (Polymerase Chain Reaction) ou PCR é a técnica mais utilizada da Biologia Molecular moderna; esta é baseada na replicação do DNA que ocorre naturalmente in vivo. Criado por Kary Mullis em 1987, pela qual recebeu, anos mais tarde, o prêmio Nobel de Química, este método permite sintetizar, in vitro e em poucas horas, grande número de cópias de um DNA alvo específico (que pode estar em ínfima quantidade) em uma mistura de moléculas de DNA. Em uma reação de amplificação, pequenas quantidades de DNA são multiplicadas através de determinado número de ciclos que repetem os três principais passos: desnaturação, anelamento e extensão. Ciclos da PCR 8 B IO T E C N O LO G IA Termociclador LEITURA COMPLEMENTAR Como funciona um teste de paternidade? O código genético de cada um dos seres humanos possui 99,9% de similaridade. O que nos torna únicos é justamente o 0,01% de DNA restante, no qual as sequências genéticas – denominadas marcadores genéticos – refletem nas características que nos diferenciam dos demais. A não ser que você possua um irmão gêmeo idêntico, nenhuma outra pessoa no mundo possuirá um padrão de marcadores genéticos exatamente igual ao seu. Porém, parentes próximos, especialmente seus pais e irmãos, possuem marcadores muito similares, e é exatamente por isso que estes marcadores são utilizados em testes genéticos, como o teste de paternidade. precisa-se recolher amostras da mãe, do filho e do suposto pai. Estas amostras terão seu DNA extraído e ampliado – através da técnica de PCR (reação em cadeia da polimerase), onde uma enzima polimerase copia por diversas vezes as moléculas do DNA. Com diversas cópias dos DNAs a serem testados, os pesquisadores podem selecionar algumas partes específicas – os marcadores genéticos – para comparar entre as amostras. Como metade do nosso DNA é proveniente da mãe e metade é proveniente do pai, os marcadores genéticos que forem idênticos ao da mãe serão, consequentemente, diferentes dos marcadores do pai, pois foram recebidos por nós de nossas mães. Assim, os pesquisadores excluem diversos possíveis marcadores para analisar apenas aquelesprovenientes do material genético paterno. Após comparar, então, os marcadores genéticos do filho com seu suposto pai, o teste de paternidade pode indicar quais as chances de estes serem realmente parentes. Um exemplo de resultado de teste de paternidade. Como possui uma maior quantidade de marcadores genéticos idênticos ao filho, o suposto pai de número 2 tem maior probabilidade de ser o verdadeiro pai da criança. Claro que um teste de paternidade não pode nos dar 100% de certeza em todos os casos. Porém, com a utilização de diversos marcadores Todo o processo ocorre em um equipamento denominado de termociclador. Tal equipamento é capaz de controlar e alternar automaticamente as temperaturas necessárias para cada etapa dos ciclos da reação. O teste de paternidade é realizado para comparar os marcadores genéticos entres duas ou mais amostras biológicas.Como o nosso DNA é o mesmo em qualquer célula do nosso corpo, esta amostra pode ser coletada de diversas formas, como do sangue, da urina, da saliva ou mesmo de um único fio de cabelo. Para a realização do teste de paternidade, B IO T E C N O LO G IA 9www.biologiatotal.com.br genéticos – geralmente 13 regiões diferentes –, os testes tornam-se bastante precisos, e podem ter uma confiabilidade de até 99,99%. Quanto maior for a quantidade de marcadores idênticos entre um filho e seu suposto pai, maior é a probabilidade de estes serem realmente pai e filho. Os testes de paternidade utilizam-se de uma metodologia similar à utilizada em outros testes genéticos, como os testes forenses – para descobrir o culpado por um crime, por exemplo. De maneira similar ao teste de paternidade, o teste forense compara marcadores genéticos de uma evidência biológica, que pode ser um fio de cabelo ou uma gota de sangue encontrada no local, com a amostra do suspeito de ter cometido o crime. Estes testes têm sido cada vez mais aprimorados e apresentam confiabilidades cada vez maiores, auxiliando não apenas em casos simples, como em testes de paternidade ou forenses, mas também em complicados crimes aparentemente sem suspeitos, como aqueles que vemos em filmes! CRISPR-CAS9 A técnica molecular CRISPR/Cas9 foi desenvolvida em 2012 e desde então vem sendo utilizada nos mais variados ramos da ciência, desde experimentos a nível celular até a tentativa de cura de doenças. A CRISPR/Cas9 também é conhecida como a “tesoura genética”. Isto porque a técnica consiste no corte, a nível molecular, de genes de interesse, retirando-os das células ou adicionando-os em outro organismo. Outras técnicas já vinham realizando esta função há anos, porém nenhuma com tamanha rapidez e eficiência como a CRISPR/Cas9. A técnica foi utilizada pela 1ª vez em 2015, quando um grupo de pesquisadores da China relatou que havia editado os genomas de embriões humanos, com o intuito de modificar um gene responsável por causar uma desordem sanguínea fatal chamada de β-talassemia. Os resultados do experimento demonstraram que apenas uma pequena porcentagem dos embriões obteve sucesso no experimento realizado. Já em 2016, o Reino Unido foi o 1º País do Ocidente em realizar a técnica CRISPR-Cas9 para a edição de embriões humanos. Apesar de proibida no País, a modificação foi liberada, porém os embriões não poderiam ser implantados e deveriam ser destruídos em no máximo duas semanas. No experimento realizado nos Estados Unidos, o mesmo aconteceu e os embriões utilizados no experimento também foram descartados. 10 B IO T E C N O LO G IA LEITURA COMPLEMENTAR Edição genética por CRISPR/Cas9 é finalmente testada em humanos!embriões humanos! Ela já é a queridinha dos cientistas: a técnica molecular CRISPR/Cas9 foi desenvolvida em 2012 e desde então vem sendo utilizada nos mais variados ramos da ciência, desde experimentos a nível celular até a tentativa de cura de doenças em ratos de laboratório. Porém, recentemente, pesquisadores chineses deram um passo à frente e iniciaram testes clínicos para analisar a segurança e o potencial terapêutico da técnica em seres humanos adultos. A CRISPR/Cas9 também é conhecida como a “tesoura genética”. Isto porque a técnica consiste no corte, a nível molecular, de genes de interesse, retirando-os das células ou adicionando-os em outro organismo. Outras técnicas já vinham realizando esta função há anos, porém nenhuma com tamanha rapidez e eficiência como a CRISPR/Cas9. No final de outubro deste ano, os pesquisadores da Universidade de Sichuan, na China, iniciaram os testes com seu primeiro voluntário – um paciente com uma forma agressiva de câncer de pulmão. Células do sistema imune do paciente foram removidas de amostras sanguíneas e modificadas através da técnica CRISPR/Cas9, que desabilitou um gene denominado PD-1. Em seguida as células modificadas foram reintroduzidas novamente no paciente. PROTEOMA A análise proteômica consiste no estudo das proteínas expressas a partir de um genoma. A evolução desta abordagem experimental é resultado de uma variedade de técnicas que permitem separar, identificar, quantificar e caracterizar proteínas, bem como relacionar essa O gene PD-1 é responsável por codificar proteínas responsáveis por reduzir a resposta imune, o que permite o crescimento das células tumorais. Sua desabilitação, portanto, resultaria em um sistema imune mais eficiente e, portanto, reduziria o crescimento tumoral, facilitando sua eliminação. A princípio, a técnica está sendo apenas testada quanto a sua segurança e apenas esta fase deve durar pelo menos 6 meses. Caso os pesquisadores considerem a técnica segura, os testes devem ser continuados para avaliação de sua real eficácia. Outros nove pacientes voluntários devem iniciar os testes clínicos em breve, podendo receber até quatro injeções com suas células imunes modificadas através da técnica CRISPR/Cas9. Os pesquisadores estão esperançosos quanto a segurança e eficácia da técnica molecular e pretendem inicial até março do ano que vem novos testes com diferentes tipos de tumores. Pesquisadores americanos não pretendem ficar para trás na corrida da CRISPR/Cas9 e já afirmaram estarem se preparando para iniciar testes similares no próximo ano. Apesar de toda a confiança de médicos e pesquisadores, a técnica ainda é muito recente e demanda precaução, pois, apesar de rápida e aparentemente eficiente, a técnica CRISPR/ Cas9 ainda é custosa e precisa ser desenvolvida de forma a ampliar sua eficácia. Fonte: Nature. informação com a obtida por outras abordagens através da bioinformática. A obtenção da sequência de nucleotídeos do genoma de um organismo, por si só, constitui apenas um primeiro passo que abre caminho à realização de estudos sobre o nível de expressão dos genes e B IO T E C N O LO G IA 11www.biologiatotal.com.br proteínas ou sobre características das proteínas expressas. A análise proteômica permite apreciar o efeito da regulação da expressão gênica que ocorre pós-transcrição e pós-tradução e fornece pistas quanto à sua função e envolvimento nos processos biológicos. Tais informações não podem ser previstas com precisão a partir das sequências dos ácidos nucleicos. Assim, os diversos mapas de proteoma refletem a dinâmica dos sistemas biológicos e possibilitam analisar diferenças na expressão gênica frente, por exemplo, a uma dada situação fisiológica ou em um mecanismo de a drogas. Exemplo de um mapa proteico, onde cada ponto representa uma proteína. CLONAGEM A clonagem é o processo de criar, artificialmente, um clone – um indivíduo que é geneticamente idêntico a outro já existente. O processo de clonagem natural ocorre em alguns seres, como as bactérias.No caso dos humanos, os clones naturais são os gêmeos univitelinos, ou seja, são seres que compartilham do mesmo material genético (DNA), sendo originado da divisão do óvulo fecundado. No começo de 1997, um artigo na revista Nature virou manchete em todo o mundo. Pesquisadores do Roslin Institute, em Edimburgo, Escócia, fizeram o que muitos cientistas acreditavam ser impossível: a clonagem de um mamífero, usando um núcleo retirado da célula de um tecido adulto. Que ficou conhecida como a ovelha Dolly. Os pesquisadores já tinham descoberto que o núcleo de uma célula nos primeiros estágios do seu desenvolvimento embrionário, antes da especialização, podia ser usado para substituir o núcleo de um óvulo. O núcleo dessa célula direcionaria o desenvolvimento de um novo indíviduo, sem a necessidade de fusão um óvulo com espermatozoide. Antes dos pesquisadores do Roslin Institute, foram realizadas inúmeras tentativas de se fazer um clone a partir de núcleos de tecidos adultos (com mais de 16 células), sem sucesso. Demonstrou-se que a diferenciação é reversível sob determinadas condições. Eles usaram células tiradas de uma ovelha de seis anos que foram mantidas em laboratório. Deixando-as sem nutrientes, forçou-se sua entrada na fase G 0 do ciclo celular - esse parece ser um fator crucial para permitir que todos os genes se expressem quando o núcleo for transplantado para um óvulo. Mas como é feito um clone? No caso da Dolly, o núcleo de uma célula adulta foi introduzido no óvulo “vazio”- óvulo em que foi retirado o núcleo contendo material genético (DNA) - e transferido para um útero de aluguel, com a finalidade de gerar um feto geneticamente idêntico ao doador do material genético. 12 B IO T E C N O LO G IA A clonagem de um adulto permite que os cientistas usem a reprodução assexuada para tirar vantagem da variabilidade natural dada pela reprodução sexuada. Com a observação dos indivíduos adultos, a combinação genética mais vantajosa produzida por meiose e pela união dos gametas pode ser selecionada e perpetuada nos clones. As implicações da pesquisa que gerou Dolly foram impressionantes. Os cientistas conseguiram provar que genes inativos por um longo período de tempo em células adultas especializadas podem se tornar funcionais de novo. Talvez, neurônios de regiões afetadas pelo mal de Parkinson possam se dividir, substituindo os que foram danificados. Talvez mais genes para a produção de glóbulos vermelhos possam ser trocados em um paciente anêmico. LEITURA COMPLEMENTAR Inédito: Nascem os primeiros primatas clonados E pela primeira vez na história da ciência, nascem os primeiros primatas (grupo que compreende macacos, símios e humanos) clonados, a partir de uma célula não-embrionária. A técnica é a mesma utilizada para clonar a ovelha Dolly há 20 anos, e foi realizada no Instituto de Neurociência da Academia Chinesa de Ciências, em Xangai. Da espécie Macaca fascicularis, os pequenos macacos- cinomolgos, nasceram há 6 e 8 semanas e receberam os nomes de Zhong Zhong e Hua Hua. Após décadas de tentativas frustradas, os pequenos macacos estão se desenvolvendo bem. A clonagem foi feita a partir de um processo chamado de transferência nuclear de células somáticas (TNCS), onde o núcleo de um fibroblasto (uma célula) foi transferido para um óvulo que teve o seu núcleo retirado. Os fibroblastos fetais são células do tecido conjuntivo capazes de sintetizar fibras estruturais que auxiliam a regeneração, e que seriam fundamentais na fusão do núcleo celular com o óvulo. Os embriões desenvolvidos naquele óvulo teriam as características genéticas idênticas às do núcleo inserido, sendo clones dele. Os embriões foram inseridos em uma barriga de aluguel e no fim do processo nasceram os pequenos macacos saudáveis. Apesar da técnica muitas vezes se mostrar ineficiente, dessa vez ela deu certo! Os maiores problemas são fazer com que uma célula madura, com um novo núcleo, se desenvolva (seja reprogramada), principalmente ao ser implantada nas mães de aluguel. B IO T E C N O LO G IA 13www.biologiatotal.com.br Para que o experimento fosse possível, os pesquisadores monitoraram áreas do DNA que pudessem ser resistentes a essa reprogramação, as chamadas RRRs (Regiões Resistentes à Reprogramação), e as apagaram antes que o embrião clone fosse implantado no útero da mãe de aluguel. O processo de retirada do núcleo para a fusão celular com o óvulo é rápido e de difícil execução! O experimento parece nos colocar cada vez mais próximos da clonagem de humanos, ainda que essa não seja a intenção dos pesquisadores. De acordo com os cientistas, a clonagem foi realizada para que animais que são geneticamente idênticos sejam úteis em pesquisas, e se tornem importantes ferramentas em pesquisa biomédica daqui em diante. Por não possuírem variabilidade genética entre si, clones podem ser utilizados para testar novos medicamentos para uma série de doenças. É importante destacar que, apesar do avanço na China em pesquisas que envolvam a biotecnologia, muitas vezes os pesquisadores são capazes de ultrapassar barreiras éticas. Para os próximos meses, os chineses já avisaram que podemos aguardar o nascimento de novos macacos clones. Levando em consideração a discussão ética, qual a sua opinião sobre o assunto? 14 E X E R C ÍC IO S A reação em cadeia da polimerase (PCR, na sigla em inglês) é uma técnica de biologia molecular que permite replicação in vitro do DNA de forma rápida. Essa técnica surgiu na década de 1980 e permitiu avanços científicos em todas as áreas de investigação genômica. A dupla hélice é estabilizada por ligações hidrogênio, duas entre as bases adenina (A) e timina (T) e três entre as bases guanina (G) e citosina (C). Inicialmente, para que o DNA possa ser replicado, a dupla hélice precisa ser totalmente desnaturada (desenrolada) pelo aumento da temperatura, quando são desfeitas as ligações hidrogênio entre as diferentes bases nitrogenadas. Qual dos segmentos de DNA será o primeiro a desnaturar totalmente durante o aumento da temperatura na reação de PCR? Um geneticista observou que determinada plantação era sensível a um tipo de praga que atacava as flores da lavoura. Ao mesmo tempo, ele percebeu que uma erva daninha que crescia associada às plantas não era destruída. A partir de técnicas de manipulação genética, em laboratório, o gene da resistência à praga foi inserido nas plantas cultivadas, resolvendo o problema. Do ponto de vista da biotecnologia, como essa planta resultante da intervenção é classificada? Clone Híbrida Mutante Dominante Transgênica a a a b b b c c c d d d e e EXERCÍCIOS 1 2 3 CAIU NO ENEM- 2017 CAIU NO ENEM- 2017 (FMP 2017) Há 20 anos, em julho de 1996, nascia a ovelha Dolly, o primeiro mamífero clonado por transferência nuclear de células somáticas (TNCS). O núcleo utilizado no processo de clonagem da ovelha Dolly foi oriundo de uma célula diploide de uma ovelha chamada Bellinda, da raça Finn Dorset. Uma outra ovelha, denominada Fluffy, da raça Scottish Blackface, foi doadora do óvulo que, após o processo de enucleação, foi usado para receber este núcleo. Uma terceira ovelha, Lassie, da raça Scottish Blackface foi quem gestou a ovelha Dolly. O DNA mitocondrial da ovelha Dolly é proveniente da(s) ovelha(s) Fluffy, apenas Lassie, apenas Bellinda, apenas Fluffy e da ovelha Bellinda Bellinda e da ovelha Lassie (CFTMG 2017) Analise a tirinha a seguir. Após o processo representado na tirinha, essas células terão funções bastante diferentes, porém elascontinuarão idênticas quanto à sua carga genética. estrutura interna. localização no corpo. capacidade de regeneração. (IMED 2016) Grande parte da insulina comercializada atualmente provém de bactérias transgênicas produzidas em laboratório. A produção do hormônio a b c d e E X E R C ÍC IO S 15www.biologiatotal.com.br a a a a a a b b b b b c c c c c d d d d d e e e e e Após a análise das bandas de DNA, pode-se concluir que o pai biológico do garoto é o 1º voluntário. 2º voluntário. 3º voluntário. 4º voluntário. 5º voluntário. (UEFS 2016) Já faz muito tempo que as pessoas recebem notícias dos benefícios das células-tronco, do seu potencial de se diferenciar em outros tipos de célula. Em relação a essas células, uma das características que faz dela ser classificada como tronco é a presença de ribossomos. a presença de mitocôndrias. sua relativa inativação gênica. a presença de membrana plasmática. a presença de cromossomos homólogos (CEFET MG 2015) Alguns vírus têm sido usados em lavouras de soja como um agente de controle biológico específico contra lagartas. Recentemente foram identificadas as proteínas produzidas por esses vírus e os genes realmente ativos durante a infecção desses insetos. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br> Acesso em: 15 ago. 2014 (Adaptado). A identificação desses genes constitui uma importante ferramenta para a elaboração de um parasita inofensivo para a planta. minimização dos danos ecológicos causados pelo vírus. criação de linhagem de soja transgênica resistente à lagarta. preservação do inseto polinizador da planta na fase adulta. geração de uma vacina para proteger a planta das infecções. (ENEM 2015) A palavra “biotecnologia” surgiu no século XX, quando o cientista Herbert Boyer introduziu a informação responsável pela fabricação da insulina humana em uma bactéria para que ela passasse a produzir a substância. Disponível em: www.brasil.gov.br. Acesso em 28 jul. 2012 (adaptado). As bactérias modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir insulina humana porque receberam a sequência de DNA codificante de insulina humana. 4 5 6 7 8 é realizada através do cultivo de bactérias, especialmente Escherichia coli. O gene da insulina é introduzido nessas bactérias, sem a necessidade de outros agentes, tornando-as capazes de produzir o hormônio. Qual o processo de recombinação genética utilizado para criar essas bactérias transgênicas? Conjugação. Inserção. Transdução. Transformação. Translocação. (ENEM 2016) Após a germinação, normalmente, os tomates produzem uma proteína que os faz amolecer depois de colhidos. Os cientistas introduziram, em um tomateiro, um gene antissentido (imagem espelho do gene natural) àquele que codifica a enzima “amolecedora”. O novo gene antissentido bloqueou a síntese da proteína “amolecedora”. SIZER, F.; WHITNEY, E. Nutrição: conceitos e controvérsias. Barueri: 2002 (adaptado). Um benefício ao se obter o tomate transgênico foi o fato de o processo biotecnológico ter aumentado a coleção de proteínas que o protegem do apodrecimento, pela produção da proteína antissentido. diminuído a necessidade do controle das pragas, pela maior resistência conferida pela nova proteína. facilitado a germinação das sementes, pela falta da proteína que o leva a amolecer. substituído a proteína amolecedora por uma invertida, que endurece o tomate. prolongado o tempo de vida do tomate, pela falta da proteína que o amolece. (ENEM 2016) Para verificar a eficácia do teste de DNA na determinação de paternidade, cinco voluntários, dentre eles o pai biológico de um garoto, cederam amostras biológicas para a realização desse teste. A figura mostra o resultado obtido após a identificação dos fragmentos de DNA de cada um deles. 16 B IO T E C N O LO G IA a proteína sintetizada por células humanas. um RNA recombinante de insulina humana. o RNA mensageiro de insulina humana. um cromossomo da espécie humana. (IFSUL 2015) As células-tronco embrionárias (TE) são obtidas em estágio muito inicial de um embrião. Nesse estágio elas mantêm a capacidade “pluripotente” de formar qualquer tipo de célula do organismo, com uma exceção. A exceção referida acima diz respeito às células do pâncreas. da medula óssea. nervosas. embrionárias. (ENEM 2014) O arroz-dourado é uma planta transgênica capaz de produzir quantidades significativas de betacaroteno, que é ausente na variedade branca. A presença dessa substância torna os grãos amarelados, o que justifica seu nome. A ingestão dessa variedade geneticamente modificada está relacionada à redução da incidência de fragilidade óssea. fraqueza muscular. problemas de visão. alterações na tireoide. sangramento gengival. (PUCCAMP 2017) Leia atentamente a afirmação abaixo, sobre produtos transgênicos: Alimentos transgênicos são alimentos geneticamente modificados com alteração do código genético. A afirmação é correta, pois os organismos transgênicos possuem o código genético alterado para serem mais produtivos. correta, pois a alteração do código genético faz com que os organismos sintetizem novas proteínas. correta, e por isso só são criados em laboratórios especializados que possuem tecnologia para modificar o código genético. incorreta, pois tanto organismos transgênicos como não transgênicos possuem o mesmo código genético. incorreta, pois o código genético dos organismos transgênicos é alterado apenas em algumas partes do genoma. (UFJF 2017) O primeiro transgênico criado foi uma bactéria geneticamente alterada para produzir a insulina, em 1978. Em 1994, foi lançada a primeira planta transgênica aprovada para o consumo, um tipo de tomate, nos Estados Unidos. De lá para cá, o mundo viu um crescimento da comercialização de produtos que contêm genes modificados. Fonte: http://www.uai.com.br/app/noticia/saude/2016/10/07/ noticias-saude,194867/alimentos-transgenicos-ocupam-gondolas- do-mercado-tire-suas-duvidas.shtml (adaptado) Acessado em 15/10/16 A produção dos transgênicos descrita no texto acima só foi possível devido à descoberta das enzimas de restrição. Essas enzimas podem cortar a dupla-hélice de DNA em pontos específicos. Um fragmento do DNA humano cortado com a enzima de restrição EcoRI pode ser ligado a qual tipo de ácido nucleico? Assinale a alternativa CORRETA: RNA viral sem cortes com enzimas de restrição. DNA bacteriano sem cortes com enzimas de restrição. RNA viral cortado com uma enzima de restrição diferente. DNA bacteriano cortado com a mesma enzima de restrição. DNA humano cortado com uma enzima de restrição diferente. (UNICAMP 2017) A figura a seguir ilustra fragmentos de um gene presente em 4 espécies identificadas com os números de 1 a 4 entre parênteses. CACTTGTAAAACCAGTATAGACCCTAG (1) CACTTGTAAAACCAGGATAGACGCTAG (2) CACTTGTAAAACCAGTATAGACGCTAG (3) CATTTTTAACACCAGGATAGACGCTAT (4) Assinale a alternativa correta. As espécies 1 e 4 são mais próximas entre si do que as espécies 1 e 3. As espécies 2 e 3 são mais próximas entre si do que as espécies 1 e 3. As espécies 1 e 3 são mais próximas entre si do b c d e 9 10 11 12 13 a b c d a a a a b b bb c c c c d d d e e e B IO T E C N O LO G IA 17www.biologiatotal.com.br que as espécies 3 e 4. Asespécies 2 e 4 são mais próximas entre si do que as espécies 1 e 2. (EBMSP 2016) O DNA é o material genético dos seres vivos. A molécula é uma dupla hélice formada pela união de nucleotídeos e sua estrutura possibilita a duplicação, o que é fundamental para a hereditariedade, bem como para a expressão da informação genética. Com base nos conhecimentos sobre ácidos nucleicos e genética, pode-se afirmar: Um exame de DNA, para avaliar a paternidade de uma criança, não tem a capacidade de diferenciar gêmeos monozigóticos. A sequência de nucleotídeos que compõe o DNA de uma espécie é o seu código genético. Em células eucarióticas, o RNAm é traduzido no núcleo e, em seguida, transportado para o citoplasma, onde será processado e transcrito. As diferentes células de um mesmo organismo sintetizam proteínas distintas porque apresentam diferenças no código genético. A complexidade de um organismo está diretamente relacionada à quantidade de DNA que ele possui, quanto maior a quantidade de DNA, maior o número de genes e mais complexo o organismo. (UFPA 2016) Plantas transgênicas podem ser produzidas com a utilização da técnica de DNA recombinante. Assim, uma variedade de arroz pode ser produzida a partir da manipulação do arroz original, com a transfecção, para este, do DNA de interesse (a fim de produzir, por exemplo, betacaroteno, o precursor da vitamina A) retirado de outro organismo de espécie diferente. O arroz transgênico golden rice passará a manifestar a presença de betacaroteno porque: o RNA mensageiro sintetizado a partir do DNA recombinante será traduzido pelas células do vegetal. ocorrerá duplicação do DNA transferido, que só então será incorporado ao genoma hospedeiro. ocorrerá transcrição do RNA transportador a partir do DNA transferido. proteínas serão sintetizadas a partir do DNA não hibridizado. ocorrerá síntese de carboidratos a partir da ativação do DNA do vegetal original. (UEG 2016) A parte endócrina do pâncreas é formada pelas ilhotas pancreáticas, que contêm dois tipos de células: beta e alfa. As células betas produzem a insulina, hormônio peptídico que age na regulação da glicemia. Esse hormônio é administrado no tratamento de alguns tipos de diabetes. Atualmente, através do desenvolvimento da engenharia genética, a insulina administrada em pacientes diabéticos é, em grande parte, produzida por bactérias que recebem o segmento de peptídeo e transcrevem para o DNA humano a codificação para produção de insulina humana. RNA mensageiro e codifica o genoma para produção da insulina da própria bactéria no organismo humano. plasmídeo da insulina humana e codifica o genoma agregando peptídeos cíclicos no organismo humano. DNA humano responsável pela produção de insulina e passam a produzir esse hormônio idêntico ao da espécie humana. (UEG 2016) A pele, os epitélios intestinais e especialmente o sangue são estruturas presentes no organismo humano adulto que possuem a capacidade de regeneração por meio de um processo complexo e finamente regulado, visto que suas células são destruídas e renovadas constantemente. Esse processo de renovação ocorre, de forma geral, conforme apresentado no esquema a seguir. Células-tronco hematopoiéticas → Células formadoras de colônias das diferentes linhagens hematopoiéticas→ Células precursoras → Células maduras Com base nessas informações, verifica-se que a hematopoiese resulta da diferenciação e proliferação simultânea das células-tronco que, à medida que se diferenciam, vão reduzindo sua potencialidade. as diferentes linhagens hematopoiéticas geradas no sistema preservam altas taxas de proliferação e diferenciação. existe um aumento gradual da capacidade de autorrenovação das células progenitoras durante esse processo. células-tronco hematopoiéticas apresentam potencial para diferenciar-se em qualquer célula do corpo humano, todavia não geram outras células- tronco. as células precursoras e maduras já diferenciadas são utilizadas em procedimentos de utilização de células-tronco no tratamento de alguma doença. 14 15 16 17 a a a b b b c c c d d d d e e e a b c d 18 B IO T E C N O LO G IA (IFSP 2016) O diabetes é uma doença que acomete milhões de pessoas ao redor do mundo, muitos dos quais dependem de injeções diárias que forneçam insulina ao seu organismo. Atualmente, a produção deste hormônio pode ser realizada em laboratório, com o auxílio de bactérias que contenham o gene que codifica para a insulina. Sendo assim, é correto afirmar que o(a) insulina será secretada das células bacterianas pelo Complexo de Golgi, da mesma maneira que ocorre nas células humanas. gene inserido na bactéria é uma molécula de DNA. hormônio insulina produzido pela bactéria é um ácido nucleico. hormônio insulina injetado pelos pacientes consiste em uma molécula de RNA. insulina será secretada das células bacterianas pelo Retículo Endoplasmático Rugoso, da mesma maneira que ocorre nas células humanas. (UFSM 2015) Alguns grupos de pesquisa brasileiros estão investigando bactérias resistentes a íons cloreto, como Thiobacillus prosperus, para tentar compreender seu mecanismo de resistência no nível genético e, se possível, futuramente transferir genes relacionados com a resistência a íons cloreto para bactérias não resistentes usadas em biolixiviação (um tipo de biorremediação de efluentes), como Acidithiobacillus ferrooxidans. Considerando as principais técnicas utilizadas atualmente em biologia molecular e engenharia genética, a transferência de genes específicos de uma espécie de bactéria para outra deve ser feita através de cruzamentos entre as duas espécies, produzindo um híbrido resistente a íons cloreto. da transferência para a bactéria não resistente de um plasmídeo recombinante, que contenha o gene de interesse previamente isolado da bactéria resistente, produzindo um Organismo Geneticamente Modificado (OGM). da transferência de todo o genoma da bactéria resistente para a nova bactéria, formando uma espécie nova de bactéria em que apenas o gene de interesse será ativado. da simples clonagem da bactéria resistente, sem a modificação da bactéria suscetível a íons cloreto. da combinação do genoma inteiro da bactéria suscetível com o genoma da bactéria resistente, formando um organismo quimérico, o que representa uma técnica muito simples em organismos sem parede celular, como as bactérias. (UFU 2015) Na figura 1 considere um fragmento com uma árvore matriz com frutos (M1) e outras cinco que produziram flores, sendo consideradas apenas provedoras de pólen em potencial (DP1, DP2, DP3, DP4 e DP5). Foi excluída a capacidade de autopolinização da árvore. Os genótipos das matrizes, sementes (S1, S2, S3 e S4) e prováveis fontes de pólen foram obtidos pela análise de dois lócus (loco A e loco B) de marcadores, amostrados em perfil eletroforético para os lócus (Figura 2). Aqueles indivíduos que apresentarem uma banda (alelo) no gel são considerados homozigotos para tal locus. Aqueles que apresentarem duas bandas (alelos diferentes) são heterozigotos. Qual foi a doadora de pólen para a progênie S2? DP2. DP1. DP5. DP4. UDESC 2016) A partir da mostarda selvagem (Brassica oleracea), o homem conseguiu obter novas variedades de plantas, conforme mostra a figura abaixo. 18 19 20 21 a b c d e a b c d e a b c d B IO T E C N O LO G IA 19www.biologiatotal.com.br Em relação a este tema, analise as proposições. I. A partir da mostarda selvagem, por transferênciade genes (organismos transgênicos), são obtidas plantas como a couve, o brócolos e o repolho. II. Para Charles Darwin, o repolho, a couve de bruxelas, a couve-flor seriam exemplos de seleção artificial. III. Pela figura é possível observar que, a partir de determinadas partes da mostarda selvagem, pela manipulação gênica, são obtidas novas variedades da planta. IV. Pelo melhoramento genético é que são produzidas estas novas variedades de plantas. V. Para Gregor Mendel estas variantes seriam um exemplo de como, pelos processos de hibridização, são obtidas novas espécies. Assinale a alternativa correta: Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. Somente as afirmativas II e V são verdadeira. Somente as afirmativa I e V são verdadeiras. (UEFS 2016) Os transgênicos, ou organismos geneticamente modificados (OGM), são produtos de cruzamentos que jamais aconteceriam na natureza, como, por exemplo, arroz com bactéria. Por meio de um ramo de pesquisa relativamente novo (a engenharia genética), fabricantes de agroquímicos criam sementes resistentes a seus próprios agrotóxicos, ou mesmo sementes que produzem plantas inseticidas. As empresas ganham com isso, mas nós pagamos um preço alto: riscos à saúde e ao ambiente onde se vive. Disponível em:<http://www.greenpeace.org/brasil/pt/O-que-fazemos/ Transgenicos/>. Acesso em: 27 jan. 2015. Considerando-se as informações do texto e com base nos conhecimentos a respeito do tema, analise as afirmativas e marque com V as verdadeiras e com F, as falsas. ( ) O OGM tem seu código genético diferente de um organismo normal, não transgênico. ( ) A formação de um transgênico é possível por conta da universalidade do código genético. ( ) A manipulação de um transgênico imprescinde de uma discussão ética a respeito das consequências ao ser humano. ( ) A composição química do gene do doador é diferente daquela observada no material genético do futuro OGM. A alternativa que contém a sequência correta, de cima para baixo, é a F – V – V – F F – F – V – V V – F – F – V V – V – F – F V – F – V – F (UFRGS 2016) Observe a tira abaixo. Organismos transgênicos são aqueles que receberam e incorporaram genes de outras espécies. A aplicação da tecnologia do DNA recombinante na produção de alimentos apresenta várias vantagens, apesar de ser vista com cautela pela população. Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo, referentes aos aspectos moleculares envolvidos no desenvolvimento de transgênicos. ( ) Os vírus podem ser usados como vetores para DNA de eucariontes. ( ) Os plasmídios são bons vetores por apresentarem replicação dependente da replicação bacteriana. ( ) As enzimas de restrição cortam o DNA em uma sequência de bases específica, chamada de sítio de restrição. ( ) As bactérias são utilizadas para expressar os genes humanos, por apresentarem os mesmos íntrons de um gene eucariótico. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é V – F – V – F. V – V – F – V. F – V – V – F. F – F – V – V. V – F – F – V. (PUCPR 2016) Entre os diferentes seres vivos existe uma diferença entre a quantidade de pares de bases de DNA por célula. De um modo geral, existe um incremento de DNA à medida que se progride na escala evolutiva. A discrepância da quantidade de DNA entre os organismos vivos é denominada de paradoxo do valor C. O paradoxo do valor C é uma consequência direta da comprovação a a a b b b c c c d d d e e e 22 23 24 20 B IO T E C N O LO G IA de que a quantidade de DNA nas células dos vertebrados está acima do teor mínimo necessário para armazenar a informação genética da espécie. O gráfico a seguir mostra a relação de conteúdo de DNA encontrado em diferentes organismos. De acordo com o texto, conclui-se que o paradoxo do valor C diz respeito ao fato de que: a maior parte do genoma de uma célula eucariota não é funcional ou apresenta outras funções que não a codificação de proteínas. organismos procariontes apresentam um menor número de pares de bases que organismos eucariontes. peixes apresentam um maior número de pares de bases que os répteis. a proporção de pares de bases com atividade de biossíntese de proteínas, quando o animal se tratar de um mamífero, é de aproximadamente 100%. no decorrer das mudanças evolutivas, na escala filogenética, houve um aumento na quantidade de DNA transcrito. (UPE 2016) Leia o texto a seguir Um dos recursos existentes para o combate ao mosquito é o uso de inseticidas. O problema é que, por ser a estratégia mais utilizada, o Aedes aegypti desenvolveu resistência aos inseticidas mais comuns, à base de piretroides, e não se espanta com a maior parte dos repelentes. A ideia é encontrar estratégias para o controle de duas ou três gerações do inseto ao mesmo tempo e quebrar a sua dinâmica reprodutiva. Numa fábrica localizada em Juazeiro, na Bahia, Margareth Capurro, do ICB-USP, trabalhou com a Moscamed Brasil para implementar a produção de uma linhagem desenvolvida pela empresa britânica Oxford Insect Technologies (Oxitec). Esses mosquitos geneticamente alterados acumulam uma proteína, que faz as células das larvas entrarem em colapso, de maneira que não chegam à fase adulta. Apenas os machos são liberados na natureza para cruzar com as fêmeas selvagens, produzindo a descendência modificada. Disponível em: http://revistapesquisa.fapesp.br/2015/06/14/um-vilao- de-muitas-caras/ (Texto e figura - Adaptados) Acesso em: julho 2015. Sobre isso, assinale a alternativa CORRETA. A transgenia fornece uma única estratégia de controle para todas as regiões do país, pois os machos se adaptam a todas as variantes de fêmeas. As larvas transgênicas sugarão o sangue, mas suas picadas não transmitirão a doença para os seres humanos. Os indivíduos picados pelos mosquitos transgênicos herdarão os genes modificados e diminuirão a propensão para desenvolver a dengue. Os machos irão transmitir o gene alterado para as fêmeas que, também, expressarão a proteína em excesso, fazendo as células larvais entrarem em colapso. Os machos não picam nem carregam o vírus, por isso foram escolhidos para serem modificados geneticamente com essa estratégia. (IMED 2016) Analisando um local de crime, dois peritos criminais encontraram uma faca suja de sangue, enrolada em um pano sujo. Após coletar e identificar os vestígios, o material foi levado ao laboratório e procedeu- se à análise de DNA do sangue encontrado na faca. Sete regiões diferentes do genoma foram analisadas, conforme tabela abaixo: Análise ? Alelos D3S1358 Cromossomo 3, braço longo 15 17 FGA Cromossomo 4, braço longo 18 30 D21S11 Cromossomo 21, braço curto 25 25 CSF1P0 Cromossomo 5, braço longo 7 12 TH01 Cromossomo 11, braço curto 3 3 VWA Cromossomo 12, braço longo 17 17 D21S11 Cromossomo 21, braço curto 25 36 Com base na tabela acima, qual alternativa está INCORRETA? a a b b c c d d e e 25 26 B IO T E C N O LO G IA 21www.biologiatotal.com.br O indivíduo analisado é homozigoto para 03 loci apenas. A coluna ? refere-se aos loci ocupados pelos alelos em questão. Duas colunas de alelos estão presentes, pois o indivíduo possui dois cromossomos de cada. Um dos alelos de D21S11, o indivíduo analisado herdou da mãe, e, o outro, do pai, no entanto, apenas com os resultados mostrados acima, não é possívelafirmar de qual genitor o indivíduo herdou cada alelo. Duas colunas de alelos são mostradas, pois a mesma análise foi repetida duas vezes. (UFPA 2016) A figura acima ilustra o conceito de células-tronco, que tem sido objeto de muita polêmica, principalmente no âmbito da justiça, da ética e da religião. Em relação ao que a figura representa e à luz dos conhecimentos atuais, considere as seguintes afirmativas: I. Células-tronco são células indiferenciadas, com potencialidade para dar origem aos mais diversos tipos de células especializadas que formam os tecidos do organismo. II. Células-tronco embrionárias ou pluripotentes têm a capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de célula adulta. III. Células-tronco multipotentes, que são menos plásticas e mais diferenciadas, dão origem a uma gama limitada de células dentro de um determinado tipo de tecido. IV. As células-tronco embrionárias constituem a chamada massa celular interna da blástula (blastocisto), que dá origem ao embrião. V. Células da medula óssea são exemplos de células- tronco pluripotentes. É correto o que se afirma em: I e II, apenas. II e III, apenas. I, II, III e IV. III, IV e V, apenas. I, II e V, apenas. (FAC. PEQUENO PRÍNCIPE 2016) Observe o fragmento de texto a seguir: Pesquisador da UFAL desenvolve pesquisa sobre plantas no Agreste/Sertão Objetivo da pesquisa é a manutenção da variedade genética dessas cactáceas. Pesquisadores da Universidade Federal de Alagoas (UFAL), campus Arapiraca, estudam a propagação do mandacaru, xique-xique e da coroa-de-frade. Os estudos estão sendo realizados no Centro de Referência em Conservação da Natureza e Recuperação de Áreas Degradadas (CR-ad) da Universidade Federal de Alagoas (CRAD/UFAL). De acordo com José Vieira Silva, professor de fisiologia de plantas, o principal objetivo da pesquisa é a manutenção da variedade genética dessas cactáceas. “Nosso trabalho visa à reprodução desses cactos em laboratório e, posteriormente, a sua propagação vegetativa e plantio para garantir a variabilidade genética das espécies no ambiente natural. Nos últimos anos, devido à grande seca, a ação de extrativismo dessas cactáceas tem sido muito grande, principalmente para uso na alimentação animal, ornamentação e no caso da coroa-de-frade, que é utilizada na culinária exótica. Como são plantas que crescem muito lentamente, diversas áreas tiveram essas populações de cactáceas praticamente dizimadas. Nesse sentido, estamos tentando reproduzi-las para formar um banco de matrizes e depois retorná-las para o plantio no ambiente natural”, explica. [...] Disponível em: <http://www.tribunahoje.com/noticia/177376/ interior/2016/04/28/pesquisador-da-ufal-desenvolve-pesquisa-sobre- plantas-no-agresteserto.html>. Acesso em: 05/05/2016. Analise as afirmativas a seguir: I. A vantagem da reprodução vegetativa é que ela promove a variabilidade genética. II. Na reprodução vegetativa, o descendente é geneticamente semelhante à planta mãe. III. O estiolamento é um dos processos usados na reprodução vegetativa. IV. A melhor estrutura para realizar a reprodução vegetativa é geralmente a caulinar. Da análise das afirmativas, podemos dizer que: apenas I e III estão corretas. apenas I, II e III estão corretas. apenas II, III e IV estão corretas. a a a b b b c c c d d e e 27 28 22 B IO T E C N O LO G IA apenas II está correta. apenas II e IV estão corretas. (UPE 2015) A figura a seguir mostra imagens de um experimento utilizando técnicas de DNA recombinante.Observe-a. Observe-a. O texto a seguir descreve as seis etapas, identificadas com algarismos romanos, do processo de produção do biopolímero, imitando teias de aranha. I. Pesquisadores da Embrapa isolaram os genes das glândulas de seda de cinco espécies de aranhas da biodiversidade brasileira. II. Por meio de análises moleculares, bioquímicas, biofísicas e mecânicas, estudaram esses genes e suas funções e construíram sequências sintéticas de DNA para a produção de fios. III. Os genes modificados foram clonados e introduzidos no genoma de bactérias Escherichia coli, programadas para atuar como biofábricas. IV. As bactérias transgênicas Escherichia coli passaram a produzir, em larga escala, as proteínas recombinantes, que formam os fios das aranhas. V. O passo seguinte consistiu na extração das proteínas. Para isso, a massa de bactérias foi diluída em meio líquido e purificada para a separação das proteínas do restante do material. VI. Com o auxílio de uma seringa, que imita o órgão das aranhas responsável pela fabricação do fio, eles utilizaram as proteínas para produzir os fios sintéticos em laboratório. Disponível em: http://revistapesquisa.fapesp.br/2014/02/12 /teias-de-laboratorio. Adaptado Sobre isso, correlacione as etapas citadas no texto com as figuras enumeradas acima e assinale a alternativa que indica a CORRETA correspondência. I e 1; II e 6; III e 3; IV e 4; V e 5; VI e 2. I e 2; II e 6; III e 3; IV e 5; V e 4; VI e 1. I e 3; II e 2; III e 5; IV e 4; V e 6; VI e 1. I e 4; II e 1; III e 3; IV e 6; V e 5; VI e 2. I e 5; II e 2; III e 3; IV e 4; V e 6; VI e 1. (UEPA 2015) Leia o texto para responder à questão. Organismos transgênicos são aqueles modificados geneticamente com a alteração do DNA, ou seja, quando são inseridos num determinado indivíduo genes provenientes de outras espécies, com o objetivo de gerar produtos de interesse para os seres humanos. Fonte: http://www.fruticultura.iciag.ufu.br/transgenicos. htm#SITUAÇÃO (modificado) Sobre o conceito em destaque, analise as afirmativas abaixo. I. O gene que produz o hormônio do crescimento humano foi isolado e transferido para zigotos de camundongos. II. Várias espécies de vegetais como milho, algodão, tomate portam e manifestam genes de bactérias que lhes dão resistência a insetos. III. A bezerra “Vitória” foi o primeiro animal brasileiro obtido por transferência do núcleo de uma célula de embrião coletado de uma vaca adulta. IV. Existem variedades de soja que apresentam genes de outras espécies que lhes conferem resistência a herbicidas. A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é: I e II I, II e IV II e III II, III e IV I, II, III e IV a a b b c c d d d e e e 29 30 ANOTAÇÕES B IO T E C N O LO G IA 23www.biologiatotal.com.br GABARITO DJOW BIOTECNOLOGIA CAIU NO ENEM - 2017 CAIU NO ENEM - 2017 [C] [E] 1 - [A] Mitocôndrias são organelas presentes no citoplasma de células eucarióticas e possuem moléculas de DNA. Portanto, as células da ovelha Dolly (clone) tinham DNA mitocondrial proveniente do óvulo da ovelha Fluffy. 2 - [A] As células-tronco possuem a capacidade de se dividir e se diferenciar em diferentes tipos celulares, porém apresentam em comum a mesma carga genética. 3 - [D] As bactérias produtoras de insulina são transformadas geneticamente, uma vez que recebem, incorporam e expressam o gene humano. 4 - [E] A síntese da proteína “amolecedora” do tomate foi bloqueada, assim, o tomate terá maior tempo de vida. 5 - [D] O 4º voluntário é o pai biológico do garoto devido à maior compatibilidade de fragmentos de DNA entre ambos. 6 - [C] As células-tronco tem potencial para se diferenciar em outros tipos celulares devido ao fato de serem indiferenciadas. 7 - [C] Os genes dos vírus que controlam as lagartas que atacam a lavoura poderão ser transferidos para uma linhagem de plantas de soja. A soja transgênica ficará resistente ao ataque dos insetos. 8 - [A] Ao receber a sequência de DNAcodificante da insulina humana, as bactérias transgênicas modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir o hormônio humano que regula a glicemia. 9 - [D] As células-tronco embrionárias podem originar todos os tipos de células de um organismo, exceto células embrionárias. 10 - [C] O betacaroteno é um dos precursores da vitamina A. Essa vitamina lipossolúvel é importante para a formação do pigmento visual na retina dos olhos. 11 - [D] Os alimentos transgênicos apresentam genes exógenos, porém possuem o mesmo código genético dos outros organismos vivos, incluindo vírus. 12 - [D] As enzimas de restrição cortam a dupla-hélice de DNA em pontos específicos, levando à fragmentação, que pode se ligar a outras moléculas de DNA que tenham sido cortadas com a mesma enzima. 13 - [C] As espécies 1 e 3 são mais próximas evolutivamente entre si do que as espécies 3 e 4, porque compartilham sequências de nucleotídeos de DNA mais semelhantes. 14 - [A] O exame de paternidade não tem como diferenciar gêmeos monozigóticos, pois se originam da divisão de um único óvulo, fertilizado pelo mesmo espermatozoide, com DNAs idênticos. O código genético é a tradução da correspondência entre cada códon (trinca de bases nitrogenadas dos nucleotídeos) e seus respectivos aminoácidos. O RNA mensageiro é formado no núcleo, mas traduzido no citoplasma, especificamente nos ribossomos. As diferentes células de um mesmo organismo sintetizam diferentes proteínas devido à combinação de bases nitrogenadas, que formam códons diferentes e, consequentemente, sequências diferentes de aminoácidos. Observa-se o mesmo evento em organismos complexos. 15 - [A] O arroz transgênico expressa o gene recebido através da produção do RNA mensageiro que será traduzido em enzimas, as quais catalisarão a produção de betacaroteno, o precursor da vitamina A. 16 - [D] As bactérias geneticamente modificadas recebem, incorporam e expressam o DNA humano responsável pela produção de insulina. 17 - [A] As células-tronco são células indiferenciadas, não especializadas, que podem se renovar ou se diferenciar em células que formam os tecidos do corpo. Um tipo de células-tronco são as hematopoiéticas, capazes de grande regeneração. Conforme vão se multiplicando e se diferenciando, formam diferentes linhagens para a produção de células que formarão diferentes tecidos, reduzindo sua especificidade e potencialidade. RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA http://bit.ly/2M7ZqNU http://bit.ly/2sFlLdQ http://bit.ly/2M9jb7W 24 B IO T E C N O LO G IA 18 - [B] Para a produção do hormônio insulina em laboratório, corta-se o pedaço de DNA no local preciso, através de enzimas de restrição e transfere-se para o plasmídeo bacteriano, que são moléculas extracromossômicas circulares de DNA bacteriano (capacidade de duplicação independente), formando-se um plasmídeo recombinante, que codifica o gene humano da insulina. 19 - [B] A bactéria transgênica recebe um plasmídeo recombinante que contém o gene que confere resistência aos íons cloreto, adquirindo essa nova característica fisiológica. 20 - [A] Dado que a planta matriz (M1) contribuiu com os alelos 1 e 3, a doadora de pólen para a progênie S2, fornecedora dos alelos 2, dos locos A e B foi a DP2. 21 - [C] [I] Incorreta: As novas variedades de plantas não são transgênicas. [II] Incorreta: Não houve manipulação gênica na obtenção das novas plantas. [V] Incorreta: Gregor Mendel nunca propôs que a hibridização poderia produzir novas espécies de plantas. 22 - [A] O OGM apresenta o mesmo código genético que os organismos não transgênicos. A composição química nucleotídica (fosfato, pentose e base nitrogenada) é a mesma em qualquer gene. As diferenças entre os genes ocorrem no número e na ordem dos quatro tipos de desoxirribonucleotídeos. 23 - [A] São afirmativas falsas a segunda, pois os plasmídios bacterianos são bons vetores de genes por apresentarem replicação independente da replicação da bactéria que os originou; e a última, pois as bactérias podem expressar genes de quaisquer espécies, porque o código genético do DNA é universal. 24 - [A] O paradoxo do valor C diz respeito ao fato de que a maior parte do genoma dos eucariotos não é funcional (introns) ou apresenta outras funções diferentes da codificação das proteínas. 25 - [E] Os machos de mosquitos não se alimentam de sangue e não são portadores dos vírus que causam doenças em humanos e animais. Por esse motivo foram escolhidos para serem modificados pela técnica transgênese. 26 - [E] A análise das regiões do genoma foi repetida duas vezes. Os alelos são versões distintas de um gene, sendo uma cópia herdada da mãe e a outra, do pai. 27 - [C] [V] Incorreto: As células da medula óssea são exemplos de células-tronco multipotentes, porque estão geneticamente programadas para originar apenas células do sangue. 28 - [E] A reprodução vegetativa consiste em multiplicar partes de plantas, principalmente regiões caulinares, assexuadamente, para formação de indivíduos idênticos à planta mãe. Esta técnica vem sendo muito utilizada em programas genéticos, para aumento de produtividade e reposição na natureza. 29 - [B] A correlação exata entre as figuras e os itens está na alternativa [B]. 30 - [B] [III] Falsa. A bezerra “Vitória” foi o primeiro animal brasileiro obtido por transferência do núcleo de uma célula somática de vaca adulta para um óvulo previamente enucleado. ANOTAÇÕES RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA http://bit.ly/2sFl5oM http://bit.ly/2JtZKFd http://bit.ly/2sRzQEh http://bit.ly/2JwsEEJ http://bit.ly/2Mbyqgp http://bit.ly/2kZ5Y4Y http://bit.ly/2sSDI7N http://bit.ly/2sD1Lsb http://bit.ly/2Jt9j7j http://bit.ly/2M9MwiG http://bit.ly/2sTjQBq http://bit.ly/2sNk3Gc http://bit.ly/2sGpEyT contato@biologiatotal.com.br /biologiajubilut Biologia Total com Prof. Jubilut @paulojubilut @Prof_jubilut biologiajubilut +biologiatotalbrjubilut B IO T E C N O LO G IA PAULO JUBILUT 2018 E X E R C ÍC IO S A P R O FU N D A D O S 2 E X E R C ÍC IO S A P R O F U N D A D O S 1 2 BIOTECNOLOGIA (PUCSP 2012) O SÉCULO DA BIOTECNOLOGIA O século XXI trouxe consigo uma sociedade em franco processo de amadurecimento científico e tecnológico. Nesse contexto, a biotecnologia tem se destacado pela grande produtividade e pelas contribuições nas mais diversas áreas. A biotecnologia pode ser entendida como qualquer aplicação tecnológica desenvolvida a partir do uso de organismos vivos ou de seus derivados. Um evento em particular, ocorrido na segunda metade do século XX, definiu os rumos da biotecnologia do século XXI: o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante. A possibilidade de manipulação do DNA abriu múltiplas perspectivas de aplicações biotecnológicas, como, por exemplo, a produção de etanol a partir de celulose realizada por micro- organismos transgênicos. Um exemplo de organismo geneticamente modificado capaz de efetuar essa produção é a bactéria Klebsiella oxytoca. A modificação genética da Klebsiella envolveu o desenvolvimento da capacidade de sintetizar a enzima celulase, que hidrolisa a celulose, e da capacidade de utilizar os carboidratos resultantes dessa hidrólise em processos fermentativos geradores de etanol. A primeira dessas habilidades se desenvolveu graças ao trecho de DNA proveniente da bactéria Clostridium thermocellum.Por outro lado, a capacidade fermentativa derivou do DNA recebido, por engenharia genética, da bactéria Zymomonas mobilis. O uso em larga escala da Klebsiella transgênica permitiria obter etanol do bagaço da cana-de-açúcar, da palha do milho ou de qualquer substrato vegetal rico em celulose. Isso significaria não só uma maior produtividade de álcool combustível, mas também a expansão da indústria química baseada no álcool etílico, ampliando, com isso, a obtenção de éter dietílico, ácido acético e, principalmente, etileno (eteno), matéria-prima fundamental na produção de polímeros de adição. Apesar das potencialidades, a modificação genética de micro-organismos visando à produção de etanol ainda esbarra em dificuldades técnicas, que somente serão superadas com mais investimentos em pesquisa. Enquanto melhores resultados não vêm, a produção de etanol ainda ficará na dependência dos tradicionais processos fermentativos, como aqueles realizados por leveduras no caldo de cana-de-açúcar. Com base em seus conhecimentos de Biologia e Química, responda: A bactéria Klebsiella oxytoca recebeu trechos de DNA de Clostridium thermocellum e Zymomonas mobilis. Como essa inserção de material genético permite que a bactéria Klebsiella oxytoca passe a produzir etanol a partir de celulose? Considere, em sua resposta, os processos de transcrição e tradução. O açúcar presente na cana-de-açúcar é a sacarose (C 12 H 22 O 11 ). A sacarose sofre hidrólise formando os monômeros glicose e frutose (C 6 H 12 O 6 ). Posteriormente, esses monômeros são fermentados por leveduras, resultando na formação de etanol (C 2 H 5 OH) e gás carbônico. - Que tipo de micro-organismo é uma levedura? - Escreva a equação global de obtenção do etanol a partir da sacarose e determine a massa de sacarose necessária para a obtenção de 92 kg de etanol, considerando que o rendimento do processo é de 40%. Dados: M C 12 H 22 O 11 = 342 g.mol-1; M C 2 H 5 OH = 46 g.mol-1 O texto se refere à utilização do etanol como matéria-prima para a indústria química, permitindo a formação de diversas substâncias de larga aplicação industrial. Represente a fórmula estrutural dessas substâncias mencionadas no texto: etanol, etileno (eteno), éter dietílico (etóxi-etano), ácido acético e polietileno – ao lado dos respectivos nomes. (UFSC 2016) A figura abaixo apresenta uma suposta conversa entre os personagens do desenho animado Pinky & Cérebro® sobre o uso de animais em pesquisas científicas. Com base nos assuntos abordados no diálogo acima e sabendo que as respostas do personagem Cérebro têm fundamentação teórica, é CORRETO afirmar que: a b c E X E R C ÍC IO S A P R O F U N D A D O S 3www.biologiatotal.com.br 4 5 6 3 indivíduos adultos possuem células-tronco multipotentes, como as células hematopoiéticas, com capacidade de diferenciação em alguns tipos de células. uma pesquisa que utiliza microssensores em abelhas da espécie Apis mellifera com o objetivo de avaliar o comportamento delas sob a influência de pesticidas e de eventos climáticos é regulamentada pela Lei 11.794, conhecida como Lei Arouca. animais transgênicos possuem, incorporados ao seu genoma, genes de outra espécie, porém esses animais são incapazes de transmitir o gene incorporado às gerações seguintes. ao longo do desenvolvimento embrionário, ocorre um aumento no número de células diferenciadas; assim, por exemplo, as células na fase de mórula estão mais diferenciadas do que as células na fase de nêurula. (UEM 2016) O progresso da ciência genética ao longo do século XX permitiu aos seres humanos grande poder de interferência na transmissão de caracteres hereditários dos organismos vivos. Esse conhecimento foi aplicado, por exemplo, tanto no desenvolvimento de plantas geneticamente melhoradas, cultivadas para o consumo humano, quanto no desenvolvimento de terapias gênicas que visam tratar doenças hereditárias ou congênitas dos seres humanos. A bioética se desenvolveu paralelamente a esses progressos como campo de reflexão sobre a responsabilidade moral e os limites da intervenção humana na vida. Acerca da bioética, é correto afirmar que: A ciência genética determina haver relação causal entre os comportamentos humanos e a presença de determinados genes em um indivíduo. A bioética defende que a intervenção genética nos seres humanos não deve ser permitida, porque interferiria no curso natural da vida. As ciências humanas e sociais, como educação e psicologia, não realizam pesquisas com implicações bioéticas, pois suas intervenções não oferecem riscos à saúde física dos participantes de pesquisas. A adoção, na agricultura, de sementes geneticamente modificadas para gerarem plantas mais produtivas ou resistentes a pragas envolve questões não apenas econômicas, mas também éticas, no que diz respeito à preservação da biodiversidade dos ecossistemas. De acordo com a bioética, as informações genéticas sobre um indivíduo são de sua propriedade, de forma que ele pode decidir livremente como essas informações poderão ser utilizadas. (UNICAMP 2016) Aedes aegypti modificados (transgênicos) têm sido utilizados no combate à dengue. Esses mosquitos produzem uma proteína que mata seus descendentes ainda na fase de larva. Mosquitos machos modificados são soltos na natureza para procriar com fêmeas nativas, mas os filhotes resultantes desse cruzamento não sobrevivem. É possível monitorar a presença de ovos resultantes do cruzamento de machos modificados com fêmeas nativas a partir da luz fluorescente emitida pelos ovos. Descreva o princípio da técnica utilizada para produzir os mosquitos modificados. Por que os ovos resultantes do cruzamento dos machos modificados com fêmeas nativas emitem luz fluorescente? O que é preciso fazer com os ovos para saber se eles emitem luz fluorescente? (UEM 2016) Uma nova estratégia para perder peso, baseada nas informações contidas no material genético de cada um, está ganhando espaço no Brasil e no mundo. Batizada de “dieta do DNA”, o método propõe ajudar, decisivamente, no emagrecimento, por meio de análises das variações genéticas relacionadas à capacidade do corpo de reagir aos alimentos e ao treino físico. Ele fornece respostas a respeito da sensibilidade ao carboidrato e à gordura saturada e se há intolerância a glúten e lactose. (Revista Isto É, 17/06/2015) Sobre o assunto e com base nas aplicações do conhecimento genético, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). A dieta do DNA consiste em um método de transgenia. Os resultados do Projeto Genoma Humano não oferecem nenhum avanço na identificação dos genes associados à obesidade. A dieta do DNA é aceitável, pois as pessoas diferem entre si quanto ao material genético que possuem. A análise do DNA, conhecida como fingerprint do DNA (impressão digital do DNA), é realizada cortando o DNA com enzimas de restrição e analisando por eletroforese. A existência de diferenças genéticas entre os indivíduos de uma população é chamada de recombinação genética. (USCS 2016) No exame de DNA, o material genético é extraído de amostras de material biológico e tratado com enzimas que o fragmentam em pontos específicos; os fragmentos obtidos são então separados, formando-se assim o padrão de bandas de cada indivíduo. As figuras representam os resultados de dois exames de DNA. Um dos resultados refere-se à investigação de um crime, no qual o sêmen do criminoso foi colhido no corpo da vítima: a coluna X, em destaque, apresenta o padrão de bandas de DNA do criminoso e as colunas de A a D apresentam
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