aula - Engenharia genética nos alimentos

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Engenharia genética nos 
alimentos
•Prof. Dra. Adriana Cibele de Mesquita Dantas
•Biotecnologia de Alimentos
•UERGS, Caxias do Sul, RS
Características 
da 
Biotecnologias
Multidisciplinaridade: biologia, 
química, informática, genética, botânica, 
farmacologia e etc...
Dispersão: aplicação em diversos 
setores
Diferentes níveis de sofisticação 
tecnológica : Biotecnologia Clássica ou 
Tradicional e Biotecnologia Moderna
Biotecnologia Tradicional
Técnicas Aplicações
Processos Fermentativo e
Enzimático
Diversas Apl icações Industriais:
antibióticos, ácidos, álcoois,
vi taminas, aminoácidos,
al imentos e bebidas.
Fixação Biológica de Nitrogênio Soja, Fei jão
Cultura de Tecidos Produção de mudas
Extração Biológica
Produção de vacinas, soros e
biofármacos (insul inas bovina e
suína)
Micropropagação
• Importante o domínio de 
técnicas in vitro para 
transformação genética
• Necessário a otimização de 
protocolos de 
estabelecimento de 
meristemas, cultivo de calos 
(calogênese) cultivo de 
órgãos (organogênese), 
multiplicação e enraizamento 
in vitro.
Princípios da 
cultura de 
tecidos 
vegetais
Matérias primas obtidas da biotecnologias
• A propagação in vitro de plantas, chamada também de micropropagação, 
é uma técnica para propagar plantas dentro de tubos de ensaios ou 
similares de vidro (por isso o termo in vitro), sob adequadas condições de 
assepsia, nutrição e fatores ambientais como luz, temperatura, 02 e CO2
• A cultura in vitro, apresenta diferentes modalidades conforme os objetivos 
de sua aplicação, como por exemplo, cultura de protoplastos, anteras, 
calos, células em suspensão, sementes, etc.
Fonte: Dr. Roberto 
Pedroso, Embrapa 
CNPCT, Pelotas, RS
• Altas taxas de multiplicação 
• Produção durante todo o ano
• Pequeno espaço para obter plantas
• Obtenção de material livre de doenças 
Fonte: Dr. Roberto 
Pedroso, Embrapa 
CNPCT, Pelotas, RS
• Para propagação
vegetativa de espécies
frutíferas com baixa
capacidade de 
rizogênese
• Propagação de plantas
transgênicas in vitro
Cultivo in vitro
Biotecnologia Moderna
Ténicas Aplicações
DNA
Recombinante
Industria Farmaceutica: Produção de
vacinas, biofármacos (insulina, hormônio
do crescimento)
Agricultura: Produção de sementes GMs
Anticorpo
Monoclonal
Saúde humana e animal: reagentes
Genômica
Saúde: Farmacogenômica, Terapia
Gênica
Agricultura: combate a pragas (Estudos
de genoma de fi topatógenos)
Pecuária: produtividade, doenças.
Plantas Espécies Silvestres
Domesticação / Seleção Natural
Centro de
origem e/ou
domesticação
Ampla variabilidade genét ica Diferenciação e adaptação local
Plantas Cultivadas
INTRODUÇÃO
BIOTECNOLOGIA
Avaliação e SELEÇÃO de 
genótipos mais adaptados
BANCO DE
GERMOPLASMA
ESTUDO DA 
HERANÇA 
de caracteres de 
importância
CRUZAMENTOS e Recombinação
 (Geração de nova variabilidade genética)
SELEÇÃO 
(objetivos predefinidos)
Genótipos superiores
(cultivares potenciais)
TESTES nos
 ambientes alvo
NOVA CULTIVAR
Multiplicação de sementes
Uso pelo AGRICULTOR
Descarte
Representação esquemática das fases de um programa de melhoramento
de plantas e suas relações com a genética e a biotecnologia.
Genótipos
com 
caracteres 
importantes
Relações diretas
Relações de anterioridade
Relações auxiliares
Tecnologia do DNA 
recombinante
• No inicio da década de 80, a 
partir da clássica e já tão 
conhecida sentença dada pela 
Suprema Corte dos Estados 
Unidos para Chakrabarty, 
concedendo patente para uma 
bactéria que continha segmentos 
de DNA estranhos a ela
Tecnologia de Dna recombinante
◦ Acrescentar a um organismo genes de outro organismo. 
◦ Fazer algo que o organismo receptor não é capaz de 
fazer.
◦ Um exemplo da combinação de DNA de duas espécies 
diferentes é o caso da inserção de um gene humano no 
DNA de um microrganismo, obrigando esta a funcionar 
como uma "fábrica" produtora de proteínas humanas, como 
insulina recombinante. 
◦ Junta técnicas de biologia molecular, genética microbiana e 
bioquímica.
Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC 
BY-SA
1º Passo: A extração e 
purificação do DNA
◦ Antes de mais nada, o DNA a ser estudado, 
ou que se quer inserir em outro organismo, 
deve ser extraído do organismo doador para 
então ser separado o gene de interesse.
◦ Como devemos proceder para obter 
amostras puras de DNA?
◦ Quais são os contaminantes?
◦ Proteinase K
◦ Fenol-clorofórmio
2º Passo: A clivagem do DNA 
Enzimas de restrição cortam o DNA em sítios específicos
◦ DNA na célula - moléculas muito grandes
◦ Endonucleases de restrição ou enzimas de restrição
◦ Clivam o DNA somente em determinadas sequências de 
nucleotídeos
◦ Normalmente curtas com 4 – 8 pares de bases.
◦ Cada enzima reconhece um sítio de clivagem específico!
3º Passo: A separação dos fragmentos da 
molécula de DNA em gel de eletroforese
◦ Características do DNA
◦ Separação por peso molecular
◦ Marcador específico como padrão
5º Passo: 
Isolamento e 
amplificação 
do gene de 
interesse
• PCR
• Clonagem pela ligação em 
vetores
Duas técnicas:
• genes, promotores, 
terminadores e marcadores
Construíndo vetores: 
ESTRUTURA
MOLECULAR 
DO GENE
CASSETE DE EXPRESSÃO
CAULIFLOWER MOSAIC 
VIRUS (CAMV) 
PROMOTOR CAMV 35 S
CONSTRUÇÃO DE 
VETORES PARA 
TRANSFORMAÇÃO
7º Passo: Transferência do gene para a célula ou 
organismo de interesse
◦Transformação
◦Biobalística
◦Agrobacterium tumefaciens
◦Eletroporação
MÉTODOS DE 
TRANSFERÊNCIA DE 
DNA PARA INTERIOR DA 
CÉLULA
Conceitos
◦ O processo de introdução de sequências (genes) de interesse em organismos chama-se transformação 
genética; 
◦ O gene sendo transferido para o organismo é chamado de transgene; 
◦ Organismos com modificações genéticas que recebem um transgene são denominados de transformados ou 
transgênicos; 
◦ Denominação mais ampla = Organismos Geneticamente Modificados (OGM); 
◦ NÃO É TODO OGM QUE É UM TRANSGÊNICO!
ETAPAS PARA A TRANSFORMAÇÃO 
GENÉTICA DE PLANTAS
◦ Seleção de tecido vegetal competente para propagação ou regeneração, 
◦ Método de transferência do gene de interesse (biológico ou físico), 
◦ Identificação de células transformadas por seleção,
◦ Regeneração de plantas a partir de células transformadas, 
◦ Plantas transgênicas analisadas para confirmar presença do transgene - herança e 
estabilidade, 
◦ Plantas transgênicas avaliadas para performance no campo
ORGANISMOS
GENETICAMENTE
MODIFICADOS -
OGMS
Transformação 
genética
Como os cientistas modificam o alimento
PROTEÍNA
RECOMBINANTE
CONSTRUÇÃO
SINTÉTICA DO 
TRANSGENE
CONSTRUINDO O 
TRANSGENE
TRANSFERINDO
DNA PARA 
CÉLULASDE
PLANTAS
MÉTODOS PARA 
INTRODUÇÃO
DO TRANSGENE 
NA PLANTA
MÉTODO
BIOLÓGICO X 
FÍSICO
Agrobacterium 
tumefasciens
◦ Tumor bacteriano
◦ Transferência de material genético
◦ Plasmídeo
TRANSFORMAÇÃO
VIA 
BOMBARDEAMENTO
Fragmentos de
DNA contendo o
gene de interesse
Micropartículas de
ouro (< 1 m de
diâmetro)
Adsorção de DNA 
à superfície das 
partículas
Aceleração das 
partículas carreadoras
a alta velocidade
Liberação dos 
fragmentos de 
DNA no núcleo
e integração ao 
cromossomo
Seleção 
das células 
transformadas
e regeneração
da planta
transgênica
Fragmentos de
DNA contendo o
gene de interesseMicropartículas de
ouro (< 1 m de
diâmetro)
Adsorção de DNA 
à superfície das 
partículas
Aceleração das 
partículas carreadoras
a alta velocidade
Liberação dos 
fragmentos de 
DNA no núcleo
e integração ao 
cromossomo
Seleção 
das células 
transformadas
e regeneração
da planta
transgênica
Vantagens e 
Desvantagens
• Diversos protocolos de cultura de 
tecidos
• Não exige vetores especializados
• Transformação de organelas
• Rapidez e simplicidade
Vantagens
• Equipamento especializado
• Integração múltipla de transgenes
• Variabilidade do processo
Desvantagens
Eletroporação
• A eletroporação ou electro 
permeabilização, é uma 
técnica de microbiologia em 
que um campo eléctrico é 
aplicado nas células de modo 
a aumentar a permeabilidade 
da membrana celular, 
permitindo que produtos 
químicos, medicamentos ou 
DNA possam ser 
introduzidos na célula.
Protoplastos de citrus 
transformados com 
gene repórter GFP 
(green fluorescence protein) 
por eletroporação
Microfibras ou 
whiskers
Agulhas microscópicas 
cobertas de DNA perfura 
a célula potencialmente 
introduzindo o gene no 
núcleo da célula
Bombardeamento 
dos calos
MÉTODOS DE 
TRANSFERÊNCIA DIRETA
MICROINJEÇÃO
◦ O DNA é diretamente introduzido no núcleo da 
célula com auxílio de um microcapilar de vidro 
(ou micropipeta)
◦ Método muito utilizado para transformação de 
células animais
◦ Plantas micropropagadas 
(amendoeira) utilizadas como 
fonte de material para regeneração 
adventícia e transformação 
genética
◦ Diferenciação de rebentos 
adventícios a partir de folhas em 
meio de cultura
Definição de OGMs
• Segundo a art. 3⁰ da Lei Federal Brasileira no 8.974 de 5 de janeiro de 1995:
• IV – organismos geneticamente modificado (OGM) é um organismos cujo material genético 
(ADN/DARN) tenha sido modificado por qualquer técnica de engenharia genética;
• V – engenharia genética – atividade de manipulação de moléculas de ADN/ARN 
recombinante
• Parágrafo único. Não são considerados como OGM aqueles resultantes de técnicas que 
impliquem a introdução direta, num organismo, de material hereditário, desde que não 
envolvam a utilização de moléculas de ADN/ARN recombinante ou OGM tais como: 
fecundação in vitro, conjugação, transdução, transformação, indução poliplóide e qualquer 
outro processo natural.
Qual objetivo 
de fazer 
transgênicos?
Identificar a função de genes e proteínas 
correspondentes
Desenvolver modelos animais de 
doenças humanas para a busca de novas 
terapias
Produção de proteínas de interesse a 
saúde animal e humana
Introdução de transgenes em tecidos ou 
órgãos humanos para tratar doença
Qual objetivo 
de fazer 
transgênicos?
Desenvolvimentos de animais 
transgênicos para doação de tecidos ou 
órgãos para transplantes em humanos
Desenvolvimentos de raças de animais 
transgênicos mais saudáveis para 
consumo e de rápido crescimento
Desenvolvimento de vegetais mais ricos 
em vitaminas e nutrientes
Desenvolvimento de vegetais mais 
resistentes a pragas e melhor adaptados 
ao e clima de uma região
Produtos mais nutritivos e saudáveis
• Soja (ácido oléico – ácido graxo mais saudável)
• Arroz e feijão (vitaminas)
• Tomate (licopeno-antioxidante previne câncer e doenças do coração)
• Arroz (betacaroneteno – estimula a produçõa de vitamina A)
• Grãos (vitamina E – fortalece o sistema imunológico)
• Arroz, trigo e feijão (ferro)
• Frutas (teor de viaminas C)
Evolução -
Organismos 
Genéticamente 
Modificados
1ª geração: A soja resistente ao 
Glifosato (herbicida).
2ª geração: A resistência a pragas, 
permitindo a planta desenvolver toxinas 
com capacidade de eliminar 
determinados insetos. 
3ª e 4ª geração plantas com capacidade 
de melhorar diferentes fatores: teor de 
proteínas; teor de omega 3; teor de 
vitaminas; teor de minerais, entre 
outros vantagens.
Resistência ao 
Herbicida 
Glifosato
Maturação 
dos frutos
Resistência 
ao herbicida
Algodão Bt
Plantas 
resistentes a 
vírus
Bt 
Resistência a 
insetos
Rosa Azul
INSULINA 
DE 
PLANTAS 
Hormônio 
Peptídeo em 
Plantas
Diabetes e Insulina
O diabetes, caracterizado por elevados níveis de 
glicose no sangue e excesso de urina com sabor 
adocicado 
Atualmente, uma das doenças mais importantes 
que afetam a humanidade. Segundo a 
Organização Mundial de Saúde (OMS)
Existem 142 milhões de diabéticos no mundo. A 
estimativa é que, até 2005, o número alcance 300 
milhões
Insulina Vegetal
• A proteína tem 
massa molecular 
idêntica e sequência 
primária exatamente 
igual à da insulina 
bovina.
Production of Marker-Free Apple Plants Expressing the Supersweet Protein Gene Driven by Plant Promoter
Vadim Timerbaev, Tatiana Mitiouchkina, Alexander Pushin and Sergey Dolgov
Maçã e Inhame
• GM apple (Arctic Apples) 
and GM potato (Innate™) 
geared to the needs of 
consumers 
Glucocinina
• Investigações sobre o efeito de proteínas do tegumento 
de sementes de feijão-de-porco (Canavalia ensiformis) na 
sobrevivência do caruncho ou gorgulho (Callosobruchus 
maculatus) de feijão-de-corda (Vigna unguiculata). 
• Collip chegou a dar ao seu produto o nome de 
glucocinina, pois imaginou que um produto derivado 
de plantas não poderia ter o nome de insulina 
(originado da palavra latina que significa ilhota, 
referência às ilhotas de Langerhans do pâncreas)
• Em 1976, Khann et al, isolaram de frutos e de 
sementes de Momordica charantia (melão-de-São 
Caetano) uma fração protéica com massa molecular de, 
aproximadamente, 6,0 kDa, que reagia com anticorpo 
contra a insulina humana
Biotecnologia 
x 
Biossegurança
• Biotecnologia. [De bi(o)- + -tecn(o)- + -logia] S. f.
Aplicação de processos biológicos à 
produção de materiais e substâncias para uso 
industrial, medicinal, farmacêutica, etc.
• Biossegurança. [De bi(o)- + segurança] S. f. Méd.
O conjunto de estudos e procedimentos que 
visam a evitar ou controlar os eventuais 
problemas suscitados por pesquisas biológicas 
e/ou por suas aplicações
Impactos 
dos 
Transgênicos
Indústria 
biotecnológica
• Orelha humana fabricada por engenharia 
genética em rato.
• Porco com genes humanos para a produção 
de sangue, insulina e órgãos para transplantes.
• Coelhos fluorescentes (uma proteína artificial 
EGFP, Enhanced Green Fluorescent Protein que 
faz com que o animal fique verde-fluorescente 
quando exposto a um tipo específico de 
iluminação UV
O 
Terminator
é a geração 
"Século 
XXI" do 
monopólio 
sementeiro. 
• Ela é a semente do monopólio mais do que garantido, 
"neto" do mílho híbrido que trouxe o oligopólio à 
indústria sementeira a partir dos anos 40 e "filho" 
das leis de cultivares e de patentes que desde os anos 
70 foram estendendo o monopólio global para a venda 
de sementes nas culturas autógomas como trigo, soja, 
arroz e algodão, entre outras
• Enquanto o milho híbrido era de difícil reprodução, 
mas não era estéril, são facilmente pirateadas, este 
exterminador do futuro quando chegar ao mercado e 
em mãos do agricultor, vai produzir grãos 100% 
estéreis
Estratégia 
na produção 
de sementes 
transgênicas
• Disponibilidade do gene
• Introdução do gene na planta
• Expressão da característica desejável
• Seleção
• Introdução no programa de melhoramento 
genético
• Produção de sementes
• Sementes no mercado
Evolução no 
cultivo detransgênicos