Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Biologia
Ensino Médio, 3º Ano
Questões éticas da manipulação do DNA
BIOLOGIA – 3º Ano
Questões éticas da manipulação do DNA
INTRODUÇÃO
Biotecnologia corresponde a técnicas que têm
permitido ao ser humano utilizar organismos para obter
produtos de seu interesse.
Durante milênios, os agricultores vêm cruzando
diferentes espécies e variedades vegetais para obter
plantas com determinadas características.
Há cerca de 3 mil anos, por exemplo, lavradores
chineses cultivaram uma leguminosa silvestre que
produzia um feijão preto ou marrom: a soja. Atualmente,
há cerca de 7 mil variedades de soja, o que ilustra a
grande diversidade obtida por meio de técnicas
convencionais de cultivo.
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Questões éticas da manipulação do DNA
A engenharia genética possibilita a manipulação de
moléculas de DNA. Por meio dessas técnicas, é possível
gerar organismos transgênicos, mapear os genes nos
cromossomos e em qualquer lugar dele um gene se
localiza.
É possível, também, realizar o chamado
sequenciamento gênico, ou seja, determinar qual é a
sequência de bases nitrogenadas de um gene. Essas
informações têm permitido aprimoramento nos serviços de
aconselhamento genético, pois possibilitam que um
indivíduo normal saiba se ele é ou não portador de um
alelo do gene que causa alguma doença (deletério) e que
pode ser transmitido a seus descendentes.
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Além disso, esses conhecimentos ajudam a aprimorar
as informações que podem ser obtidas em diagnostico prénatal sobre doenças genéticas em fetos.
As técnicas de engenharia genética permitem ainda
fazer a identificação de pessoas com base na análise do
DNA, com um nível de certeza igual aos das impressões
digitais.
Por isso, fala-se em “impressões digitais” genéticas
ou DNA fingerprint (palavra inglesa que significa impressão
digital). Esses recursos têm sido empregados em testes de
paternidade para resolver casos de troca de crianças em
maternidades, além de problemas criminais, como estupros,
roubos e assassinatos.
A engenharia genética está abrindo caminhos para a
produção de hormônios de forma mais rápida e eficiente.
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DNA
RECOMBINANTE
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A técnica central na tecnologia do DNA
recombinante é o isolamento de moléculas de DNA e sua
inserção em outro organismo.
Para isso, é preciso isolar o trecho de DNA a ser
inserido. Esse processo envolve a fragmentação do DNA
dos cromossomos na interfase, o que é feito pela ação de
enzimas especiais denominadas enzimas de restrição.
A descoberta dessas enzimas permitiu grandes
avanços na manipulação do DNA.
Nas bactérias, essas enzimas fazem parte dos
mecanismos de defesa desses procariontes contra os
vírus, pois atuam como verdadeiras “tesouras
moleculares”, cortando o DNA viral em vários pedaços e
tornando-o inativo.
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Cada enzima de restrição corta o DNA somente
quando encontra uma sequência específica de bases
nitrogenadas. Dessa forma, esse corte não é feito em
qualquer lugar. Os cientistas já sabem onde atua cada uma
das enzimas de restrição conhecidas. Por exemplo, existe
uma enzima chamada Eco R1, a qual corta o DNA toda
vez que encontra as seguintes sequências pareadas:
Regiões que
serão cortadas
Por Eco R1
Dois fragmentos
resultantes
... GAATTC ...
... CTTAAG ...
... G
... CTTAA
AATTC ...
G ...
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Ao encontrar essa sequência, Eco R1 sempre corta
o DNA entre as bases G e A. Além dessas enzimas com
capacidade de cortar o DNA em locais específicos, os
cientistas têm conseguido inserir segmentos isolados em
outra molécula de DNA, com o uso de enzimas chamadas
DNA ligases.
Aproveitando-se dessas propriedades, os cientistas
têm usado as enzimas de restrição para cortar moléculas
de DNA de vários organismos, inclusive das próprias
bactérias. Assim, tem se conseguido trabalhar com trechos
menores da molécula de DNA e isolar genes.
Esses genes ou trechos de DNA isolados são
unidos a moléculas de DNA de outro organismo. A
molécula de DNA associada ao novo trecho inserido é
denominada DNA recombinante.
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CLONAGEM DE
DNA
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Clonagem de DNA significa produção de inúmeras
cópias idênticas de um mesmo fragmento de molécula de
DNA. Esse processo tem início com o isolamento, pela
ação das enzimas de restrição, de fragmentos do DNA a
serem clonados. Depois de isolados, esses trechos são
introduzidos no DNA de outros organismos, principalmente
vírus e bactérias, que aceitam essa manipulação.
Esses organismos são chamados de vetores. Ao se
reproduzirem, esses microrganismos multiplicam as
moléculas recombinantes, dando origem a um grande
número de células idênticas. Consegue-se, desse modo,
produzir grande número de cópias exatas (clones) de um
mesmo trecho de DNA.
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Cromossomo bacteriano
DNA humano
As enzimas quebram
a molécula de DNA
em dois locais
precisos, isolando
um gene que codifica
a síntese de uma
substância A.
O plasmideo
codifica a
síntese de uma
Substância B.
Plasmideo
Local de ação da
enzima de restrição
Bactéria
Extração
Gene
Local de ação da enzima
de restrição
Local de ação da enzima – DNA ligase
Gene
Local de ação da
enzima – DNA ligase
Reintroduz-se o plasmideo na bactéria
Outras enzimas
unem o gene
isolado ao
plasmideo
retirado da
bactéria
Bactéria recombinante. Passa a produzir
as susbtâncias A e B
Meio de cultura.
Duplicação da bactéria,
dando origem a um clone
Esquema simplificado da formação de DNA recombinante e sua clonagem em bactérias
(Elementos representados em diferentes escalas, cores-fantasia.)
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DNA viral
Genes
essenciais
DNA humano
Genes
De interesse
Genes não
essenciais
Cortes com enzimas
De restrição A
Cortes com a mesma
Enzimas de restrição A
União com a
Enzima DNA ligase
Gene Humano
DNA recombinante
Adciona-se ao meio com DNA recombinante proteínas
Virais e enzimas para que ocorra a reconstituição do vírus.
Vírus produzido
em laboratório
Esses vírus são introduzidos em culturas de bactérias ou de células de outros
Organismos, onde ocorre replicação do DNA recombinante, formando vários vírus.
Esquema simplificado de
Formação de DNA
Recombinante
Em vírus e sua
Clonagem.
(cores –fantasia.)
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ALGUMAS
UTILIZAÇÕES
PRÁTICAS DA
CLONAGEM GÊNICA
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A produção de certos hormônios da espécie humana já
tem sido realizada por meio de técnicas de clonagem, como as
descritas. É o caso da insulina e da somatotropina (hormônio
do crescimento).
Hoje, já é possível produzir insulina clonando o gene
humano em bactérias e o estimulando para que entre em
atividade. Produzem-se, assim, quantidades consideráveis de
insulina, posteriormente isolada e purificada para a utilização
humana.
Bactéria com o gene
Humano para insulina
Matérias-primas
Processos
Industriais de
produção
Purificação
Outras
substâncias
Clonagem de bactérias
recombinantes
Insulina
Esquema de produção de
Insulina por engenharia genética.
(Elementos representados em diferentes escalas; cores fantasia)
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IDENTIFICAÇÃO DE
PESSOA
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O DNA fingerprint tem sido útil para a identificação de
pessoas, para esclarecer dúvidas sobre a possível
participação de suspeitos em crimes e para realizar testes de
paternidade. Os testes que utilizam DNA fingerprint fornecem
certeza de 99,9% em seu resultado.
Os cromossomos humanos contêm cerca de 35 mil
genes diferentes, mas isso representa apenas 3% do
conteúdo do genoma humano. O restante é formado por DNA
não codificante.
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Amostras contendo fragmentos
de DNA de diferentes tamanhos;
cada amostra é de uma pessoa
Polo
negativo
I
II III
Os fragmentos
migram no gel
Eletroforese
completa
Esse padrão de bandas
fica evidente quando se adiciona
à placa de gel corante específico
que fluoresce na luz ultravioleta,
como mostra a fotografia.
Gel
Fragmentos
maiores
Fragmentos
menores
Polo positivo
Placas
de vidro
Os fragmentos maiores
se deslocam menos
Amostras são colocadas em pequenas
e os menores, mais.
depressões do gel, que fica sustentado
por placas de vidro e imerso em solução
Aquosa. Eletrodos ligados nas duas
Extremidades estabelecem um polo – e outro +.
Desliga-se a corrente elétrica.
Os fragmentos ficam separados
por tamanho, formando
faixas na placa de gel. Cada
coluna corresponde ao DNA
de uma das amostras
Esquema resumindo as etapas de separação de fragmentos de DNA por meio da eletroforese em gel.
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I
II III
A placa de gel é colocada em uma cuba com solução alcalina. Esta migra por
capilaridade em direção às toalhas de papel, passando pelo gel e pela membrana
de nitrocelulose. Nesse processo, há desnaturação do DNA e as cadeias simples
do DNA ficam aderidas à membrana.
Toalhas
de papel
Placa de gel após
a eletroforese
Cuba contendo
solução alcalina
A membrana é
removida e
colocada em um
meio contendo
sondas radiativas.
Sondas de DNA
radiativo
(cadeias simples)
Saco plástico
Uma folha de filme fotográfico é colocada sobre a membrana.
A radiatividade da sonda impressiona o filme, que passa
a conter o padrão de bandas com o DNA de interesse.
As sondas são cadeias simples
de DNA radioativo complementar
à sequência de DNA de interesse.
Elas se unem apenas nesses
trechos, marcando-os: DNA
hibridizado. Lava-se a preparação
para remover as sondas que
não se uniram ao DNA
Filme
fotográfico
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TERAPIA GÊNICA
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Essa técnica consiste em substituir o alelo anormal,
que causa doença, pelo alelo normal. Os estudos de
terapia gênica estão até o momento restritos a células
somáticas, mas, em um futuro próximo, pretende-se atuar
sobre as células que formam os gametas, de modo que o
indivíduo afetado não possa mais transferir o alelo anormal
para seus descendentes.
As principais maneiras de introduzir genes em
humanos, nos casos de terapia gênica, têm sido:
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Técnica ex vivo: consiste em usar um vetor como um
vírus modificado que contenha o alelo normal. A seguir,
colhem-se glóbulos brancos (leucócitos) do sangue da
pessoa afetada e se permite que os vírus alterados
infectem essas células em meio de cultura. Os vírus
introduzem nos leucócitos o alelo normal e, assim
modificados, os leucócitos são mantidos em meios
propícios à sua intensa multiplicação. Depois são
reintroduzidos no paciente, em um processo semelhante a
uma transfusão de sangue.
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Técnica in vivo: consiste na clonagem em um vetor do
alelo normal e de seu preparo para introdução no paciente,
por meio de injeção na veia ou intramuscular. Alguns dos
alelos acabam por ser incorporados às células do paciente,
e dentro delas passam a comandar a síntese da proteína
normal.
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de um paciente são removidas e
1 e 2 Células
mantidas em meios de cultura onde se
Vetores
adiciona o gente de interesse,
usando vetores
Células
humanas
2
1
3O vetor
3
Células humanas
Geneticamente
modificadas
introduz
nas células
humanas
o seu DNA,
que contém
o gene de
interesse.
4
4
Gene de
interesse
terapêutico
Vírus como vetor
As células
humanas
geneticamente
modificadas
são introduzidas
no paciente.
Representação esquemática do processo de introdução de genes modificados no corpo humano pelos processos
in vivo (representado pela seta laranja) e ex vivo (representado pelas setas azuis). (Elementos representados em
diferentes escalas: cores-fantasia.)
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VACINAS GÊNICAS
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Utilizando as técnicas da biologia molecular, os
cientistas estão avançando em mais uma área importante:
as vacinas a partir do DNA. Genes de agentes causadores
de doenças e que codificam proteínas responsáveis por
estimular o sistema imunológico humano têm sido isolados
e inseridos em bactérias e clonados.
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CLONAGEM
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Ovelha Blackface:
doadora do ovócito
Ovócito
Ovelha Finn Dorset:
doadora da célula mamária
Células Mamárias
Células mamárias mantidas em meio
de cultura sem nutrientes.
Com isso, a célula não se divide,
entrando em estado de quiescência.
Nesse momento, todos os genes
podem ser ativados
O núcleo haploide é
removido por
micromanipulação
Célula quiescente pronta para clonagem
Células são mantidas em
cultura por seis dias
Descarga Elétrica para estimular a fusão e a
divisão celular
Blastocisto de 6 dias
Vários blastoscistos assim produzidos são implantados no
útero da futura mãe, que é uma fêmea da raça Blackface.
Dolly: ovelha
Finn Dorset,
clone de fêmea
doadora da célula
mamária
Imagem: Squidonius/ Public Domain
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ORGANISMOS
TRANSGÊNICOS
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Organismos transgênicos são aqueles que recebem
genes de outras espécies de seres vivos. A importância
deles está na obtenção de indivíduos em características
vantajosas e que produzam substâncias de interesse para
o ser humano.
A transferência de genes de um organismo para
outro já foi feita com sucesso em camundongos: o gene
que produz o hormônio do crescimento humano foi isolado
e transferido para zigotos do camundongo, logo após a
fertilização in vitro; os ovócitos foram removidos
cirurgicamente e fecundados com espermatozoides.
Imagem: Ovócito/ Ekem/ Public Domain
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Fotomicrografia mostrando introdução do material genético
em ovócito de mamífero. O ovócito está preso por sucção
à pipeta, e o material genéticos está sendo introduzido por
uma microagulha de vidros. O ovócito mede cerca de
100 mm de diâmetro.
Imagem: Ingrid Moen et al/ Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica
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Fotografia de filhotes de camundongos normais e
transgênicos sob luz especial. Os camundongos transgênicos
sintetizam uma proteína de água-viva, que confere a cor
verde fluorescente à sua pele, sob essa iluminação.
Imagem: Malene Thyssen/ GNU Free Documentation License
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Fotografia de ovelha transgênica que expressa o gene humano
que codifica a proteína alfa-1-antitripsina. A proteína é usada no
tratamento de pessoas que não a produzem em quantidade
suficiente, o que pode causar enfisema pulmonar.
Fotografia de sementes de soja e de mamoeiro transgênicos.
Imagem: United States Department of Agriculture/ Disponibilizado por Jurema
Oliveira/ Public Domain
Imagem: United States Department of Agriculture/ Disponibilizado por Jurema
Oliveira/ Public Domain
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Questões éticas da manipulação do DNA
Imagem: David W. Ow et al/ US Dept. of Agriculture and the National Science
Foundation/ GNU Free Documentation License
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Fotografia de planta de tabaco com gene de vaga-lume, que lhe deu a
característica de bioluminescência
Fotografia de
mexilhões e, dentro
de um frasco,
planta de tabaco
geneticamente
modificada. A planta
recebeu genes
de mexilhão que
codificam a síntese
da substância adesiva
dos fios que prendem
o animal ao substrato
(fios do bisso)
David W. Ow et al/ US Dept. of Agriculture and the National Science Foundation/
GNU Free Documentation License
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Referência Bibliográfica
• Lopes, Sônia e Rosso, Sérgio; BIO: Volume 2 – 1. ed.
São Paulo: Saraiva, 2010.
Tabela de Imagens
n° do direito da imagem como está ao lado da foto
slide
27
Squidonius/ Public Domain
link do site onde se conseguiu a informação
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30 Ekem/ Public Domain
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31 Ingrid Moen et al/ Creative
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Commons Atribuição 2.0 Genérica
_01.jpg?uselang=pt-br
32 Malene Thyssen/ GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Klitf%C3%
License
A5r.jpg
33a United States Department of Agriculture/ http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Soybean.U
Jurema Oliveira/ Public Domain
SDA.jpg
33b Marco Schmidt/ Creative Commons
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carica_pap
Attribution-Share Alike 2.5 Generic
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34 David W. Ow et al/ US Dept. of Agriculture http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glowing_t
and the National Science Foundation/ GNU obacco_plant.jpg?uselang=pt-br
Free Documentation License
35 Sandy Austin/ Creative Commons
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:New_Zeala
Attribution 2.0 Generic
nd_green_mussels.jpg
Data do
Acesso
28/08/2012
28/08/2012
28/08/2012
28/08/2012
28/08/2012
28/08/2012
28/08/2012
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