Engenharia Genética
- Fundamentos -
Realizado por:
André Abreu;
Francisco Fazenda;
Luís Fazenda;
Luís Cardoso.
12ºB
A fórmula química da vida
– DNA • Em 1953, James Watson e Francis Crick (em fundo), apresentaram na Universidade de
Cambridge o modelo de dupla hélice para o DNA;
• Segundo este modelo, a molécula de DNA era uma espiral dupla, constituída por 2 cadeias
polinucleotídicas dispostas em sentidos inversos, sendo por isso designadas antiparalelas;
• Cada nucleótido é formado por uma base azotada,
uma pentose e um grupo fosfato;
• Existem na molécula de DNA 4 bases azotadas
diferentes: a adenina, a timina, a citosina e a guanina;
• A adenina só se liga à timina e a citosina apenas
emparelha com a guanina – são bases
complementares. As ligações que se estabelecem entre
as bases azotadas são pontes de hidrogénio.
Ácido Ribonucleico
- RNA -
• O RNA é uma macromolécula formada por nucleótidos de adenina, citosina, guanina e
uracilo;
• O número de nucleótidos varia entre 75 e vários milhares, sendo assim uma molécula
muito mais pequena que a de DNA, o que lhe confere mobilidade;
• A pentose é sempre a ribose;
• A cadeia molecular do RNA é simples, pois é formada
por uma única sequência de nucleótidos;
• O RNA apresenta 3 diferentes tipos, relacionados com as
funções que desempenha:
- RNA mensageiro (RNAm);
- RNA transferência (RNAt);
- RNA ribossómico (RNAr).
Dogma Central da
Bioquímica
A informação contida no DNA é expressa através da passagem, em primeiro lugar, dessa
informação ao RNA, que é formado por complementaridade com o DNA. Só depois
essa informação, agora veiculada pelo RNA, é traduzida em produção de proteínas.
Engenharia Genética
– História • A partir da década de 70 do século XX
começaram-se a desenvolver as técnicas de
análise e manipulação do DNA que
constituem os fundamentos da Engenharia
Genética.
• As principais dificuldades dos cientistas
desta área passavam pela forma como isolar
uma sequência de genes;
Em cima: Watson e Crick aquando da
apresentação do modelo de dupla hélice para o
DNA (1953).
• Este problema foi resolvido quando Daniel
Nathans e Hamilton Smith conseguiram isolar
enzimas de restrição, capazes de cortar o
DNA em pontos específicos. Esta proeza
valeu-lhes o prémio Nobel em fisiologia e
medicina em 1978.
Eng. Genética - o que é e para que serve
A Engenharia Genética permite manipular directamente os genes de determinados
organismos com objectivos práticos. São várias as aplicações da Engenharia
Genética bem como as técnicas utilizadas.
Técnica
Aplicações
DNA recombinante
(rDNA)
Investigação fundamental; obtenção
organismos geneticamente modificados
DNA complementar
(cDNA)
Obtenção de cópias de genes que codificam
produtos com interesse
Polimerização por reacção em cadeia
(PCR)
Obtenção de grandes quantidades de DNA
em pouco tempo
DNA fingerprint
Investigação criminal, forense e histórica;
testes de paternidade
de
Tecnologia do DNA
recombinante - rDNA
Permite combinar na
mesma molécula de
DNA genes provenientes
de fontes diferentes, mas
não necessariamente de
espécies
diferentes,
dando origem a uma
molécula
de
DNA
recombinante.
Esta técnica baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas (ou
endonucleases) de restrição, as ligases do DNA e os vectores. As enzimas de restrição
reconhecem determinadas sequências de DNA e a cortam a molécula nesses locais. As zonas
de restrição correspondem a sequências de DNA curtas e simétricas que se lêem da mesma
forma nas duas cadeias na direcção 5’ – 3’.
Tecnologia do DNA
recombinante (cont.)
Os fragmentos de restrição são incorporados num vector, uma entidade constituída por
DNA, que transfere DNA de um organismo dador para um organismo receptor. Os vectores
mais utilizados são os plasmídeos (pequenas moléculas circulares de DNA que ocorrem
naturalmente em alguns microrganismos e plantas) e os bacteriófagos (vírus que atacam
bactérias. No vector deverá actuar a mesma enzima de restrição que actuou no fragmento de
restrição por razões de complementaridade. As extremidades coesivas podem unir-se pela
actividade de polimerases do DNA que catalizam a formação de ligações fosfodiéster.
Tecnologia do cDNA
Os procariontes são muito utilizados em
Engenharia Genética como receptores de DNA
estranho porque são fáceis de cultivar, têm um
crescimento rápido e processos bioquímicos bem
conhecidos. No entanto não processam o mRNA
e, quando recebem genes com intrões, estes não
são retirados e a proteína produzida não é
funcional.
Em cima: os procariontes não processam o mRNA
Tecnologia do cDNA (cont.)
A produção de cDNA é viabilizada pela
transcriptase reversa. Esta enzima reconstitui
uma cadeia de DNA apartir de uma molécula
de mRNA. O cDNA obtido, por ter sido
produzido por uma molécula de mRNA
maturado, não contém intrões.
A DNA polimerase, apartir da cadeia de
cDNA, forma a molécula complementar desta,
formando-se uma molécula estável.
Ao comparar-se a cadeia de cDNA (sem
intrões) com a cadeia de DNA original,
consegue saber-se quais os exões e os intrões
de um determinado gene.
À direita: processo de formação de cDNA
Reacções de polimerização
em cadeia - PCR
O PCR é uma técnica que permite
amplificar qualquer porção de DNA fora
das células. Para isso, o fragmento de DNA
a amplificar é aquecido para separar as duas
cadeias da dupla hélice. São então
adicionados nucleótidos livres e DNA
polimerase
resistente
ao
calor,
reconstituindo-se a dupla hélice. Como ao
fim de cada ciclo a quantidade de DNA
duplica, é possível obter milhões de cópias
em algumas horas
DNA fingerprint
No
genoma
humano
existem
sequências de DNA repetitivas que são
reconhecidas
e
cortadas
por
determinadas enzimas de restrição.
Estas enzimas dividem o DNA em
fragmentos que variam de pessoa para
pessoa. Segmentos diferentes de DNA
movimentam-se de forma diferente
quando sujeitos a electroforese –
técnica
em
que
determinadas
moléculas são submetidas à acção de
um campo magnético num meio
poroso - sendo o resultado um padrão
de bandas que difere de individuo para
individuo.
Em cima: electroforese
Organismos Geneticamente
•A modificação
Modificados - OGM
permite associar
genética
a um
determinado
organismo
características
vantajosas
habitualmente inerentes a
outros organismos.
Os OMG (ou transgénicos) são
organismos
cujo
genoma
foi
modificado e que, por isso, apresentam
diferenças relativamente à constituição
genética original.
• As plantas são, do
ponto
de
vista
genético, mais fáceis
de manipular que os
animais.
Transgénicos – Processo
de manipulação
Os genes que transmitem a característica
desejada podem provir de outra planta ou
de um organismo de outra categoria
taxionómica . Os genes estranhos são
transmitidos através da técnica de DNA
recombinante para o organismo receptor.
No entanto, antes de inserir o DNA
estranho no plasmídeo, é necessário retirar
os genes indutores de tumores, pois
poderiam causar o aparecimento de
cancro nas novas plantas. A manipulação
genética em animais é também já uma
realidade; no entanto, e ao contrário das
plantas não são utilizados na alimentação.
Em cima:
transgénica
planta
“normal”
e
planta
Engenharia Genética
- Projectos Nacionais Portugal não é concerteza o país mais atractivo para a Engenharia Genética. Isso não
significa, no entanto, que nada se desenvolva em solo nacional na área da investigação
genética. A título de exemplo, pode referir-se a “Unidade de Sequenciação e Análise de
Fragmentos”, directamente associada ao grupo de investigação liderado pelo Prof. Rogério
Teneiro, e pertencente ao Centro de Genética e biologia Molecular e Departamento de
Biologia Vegetal da FCUL (Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa). Este grupo
de investigação, designado por Bugworkers e que inclui 35 membros, tem-se direccionado
fulcralmente para áreas de investigação aplicada à resolução de problemas concretos como
seja o desenvolvimento de estirpes bacterianas geneticamente modificadas para a produção
de compostos com interesse industrial.
Engenharia Genética
- o papel dos media O papel dos media é o de relatar os factos, as opiniões, as descobertas por forma a
informar, a alertar e a esclarecer a população. Os media são assim os “veículos” que
conduzem a informação aos cidadãos. Quando as notícias em questão se reportam a
algum ramo da ciência, como a Engenharia Genética, a população tem então uma maior
dificuldade em interpretar e compreender a importância dessas informações pois nestas
áreas podem relatar-se diversas situações inconcebíveis para o mais comum dos mortais
combinadas com um vocabulário demasiado específico para poder ser compreendido
correctamente pela esmagadora maioria da população. Cabe então à comunicação social
explicar, de forma isenta, estes assuntos às pessoas, para que os compreendam. A
Engenharia Genética já permitiu proezas que melhoraram a qualidade de vida das
populações. No entanto é preciso que essas mesmas populações tenham conhecimento
do impacto que a manipulação genética de seres vivos pode causar.
Engenharia Genética
- perspectivando o futuro A Engenharia Genética tem vindo a desenvolver
técnicas que contrariam o “dogma central da
Bioquímica”. O Homem é hoje capaz de alterar de
forma drástica os mais fundamentais mecanismos de
reprodução e de selecção natural. Um dos avanços mais
reconhecidos é a tecnologia de DNA recombinante, que
permite modificar os genes dos seres vivos,
“reprogramando-os” para se desenvolverem com
características que nunca ocorreriam de forma natural.
Apesar destes enormes avanços, ainda não é possível
prever completamente todos os efeitos da utilização destas técnicas, nem as suas
implicações sociais ou éticas. Tal como uma faca pode ser tanto um auxiliar precioso na
cozinha, como uma arma para matar, também a Engenharia Genética tem o potencial
necessário quer para ajudar o Homem, quer para o destruir..
Actualmente, os perigos e os benefícios da utilização das técnicas da Engenharia Genética
não são completamente conhecidos, devendo a Ciência progredir de forma acautelada no
futuro
(…) demasiado belo [o modelo
de dupla hélice para o DNA]
para não ser verdade…
James Watson