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DNA recombinante
- 1. Colégio Espaço – COC Sistema de Ensino Alexandre Magno – nº01 Andre Luis Batista Pinto – nº02 Anna Beatriz Niterói Pedrol Martins de Souza – nº03 Athila Braojos – nº04 Ayrton Rodrigues – nº05 Bruno Gonçalves Ferreira – nº06 Biotecnologia – Tecnologia do DNA Recombinante Biologia – frente 141 Professora: Karla Samire Atibaia/SP Outubro de 2013
- 3. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3 2. DESENVOLVIMENTO........................................................................................... 4 2.1 Cronologia................................................................................................................. 4 2.2 Definição e Formação................................................................................................ 5 2.3 Utilização................................................................................................................... 8 2.4 O lado positivo.......................................................................................................... 9 2.5 Riscos......................................................................................................................... 9 2.6 Curiosidades............................................................................................................. 10 3. CONCLUSÃO.......................................................................................................... 12 4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................. 13
- 4. 3 1. Introdução Quando o genoma de uma planta, de um animal ou de um micro-organismo é modificado, alterando-se os genes existentes ou incorporando-se genes de outro organismo, as características ou fenótipo desse organismo também se alteram, resultando em um Organismo Transgênico ou Organismo Geneticamente Modificado (OGM). Se estes genes forem herdáveis, a descendência também será alterada. A Engenharia Genética ou Tecnologia do DNA Recombinante é um conjunto de técnicas que permite aos cientistas identificar, isolar e multiplicar genes de quaisquer organismos, manipulando propositalmente o material genético para alterar as características de um organismo de uma forma desejada. O prof. Antônio Paes de Carvalho define Biotecnologia como “o conjunto de conhecimentos técnicos e métodos, de base científica ou prática, que permite a utilização de seres vivos como parte integrante e ativa do processo de produção industrial de bens e serviços”. Figura 1 - Sátira de uma recombinação gênica
- 5. 4 2. Desenvolvimento 2.1 Cronologia De 1859 a 2010, muita coisa aconteceu na área da genética. Descobertas foram feitas e estudos criados. Segue uma lista cronológica simplificada de alguns fatos importantes, incluindo dados sobre o DNA Recombinante: 1859 – Publicação de “A Origem das Espécies”, de Charles Darwin. 1869 - Friedrich Miescher isola o DNA pela primeira vez, ao qual dá o nome de nucleína. 1909 – Cria-se o termo gene para descrever as unidades mendelianas de hereditariedade. 1911 – Experiência com moscas de frutas confirmam a hereditariedade de mutações específicas. 1944 - Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty demonstram que o DNA é hereditário. 1953 - James Watson e Francis Crick descrevem pela primeira vez a estrutura do DNA. 1956 - Joe Hin Tjio define o número de cromossomos humanos em 46. 1958 - Crick relaciona o DNA, o RNA e as proteínas, salientando o fluxo unidirecional da informação, do DNA à proteína. 1972 - Stanley Cohen e Herbert Boyer fazem a primeira manipulação de DNA em laboratório e criam o DNA recombinante. 1977 - Frederick Sanger, Allan Maxam e Walter Gilbert desenvolvem método de sequenciamento de DNA.
- 6. 5 1981 – São criados os primeiros animais transgênicos: ratos e moscas de frutas. 1982 – Primeira droga produzida por DNA Recombinante no mercado: Insulina humana 1983 – Primeiro gene de doença humana – o da doença de Huntington - é mapeado. 1985 – A reação em cadeia da polimerase é inventada acelerando os avanços da engenharia genética. 1985 – Comercialização de hormônio do crescimento: primeiro produto recombinante farmacêutico a ser comercializado. 1990 – Lançamento do Projeto do Genoma Humano. É criada a primeira vaca transgênica para produzir leite com proteínas do leite humano. 1994 – Alimentos geneticamente alterados começam a ser comercializados nos EUA. 1996 – Começa projeto piloto do sequenciamento do genoma humano. 1997 – A ovelha Dolly é clonada. 2000 – O arroz dourado, enriquecido com betacaroteno, foi desenvolvido na Alemanha. 2003 -- Após ser diagnosticada com artrite degenerativa, ovelha Dolly é abatida. 2007 – James D. Watson e J. Craig Venter são os primeiro indivíduos a terem seus genomas individuais completamente sequenciados 2010 – Cientistas criam célula a partir de genoma sintético. 2.2 Definição e Formação DNA Recombinante é um tipo de DNA artificialmente criado através da inserção de um ou mais pedaços de DNA em um diferente conjunto de DNA. É usado na modificação
- 7. 6 genética para criar organismos completamente novos, adicionando artificialmente pequenos pedaços de DNA de um organismo em outra criatura existente. O termo pode ser simplificado por rDNA. A produção de DNA recombinante envolve, basicamente, três processos: 1º) A manipulação do DNA in vitro, produzindo fragmentos de DNA de fontes diferentes que contenham as sequencias gênicas de interesse; 2º) A recombinação do DNA de um outro organismo com – normalmente – o DNA bacteriano em um fago ou plasmídio chamado vetor. 3º) A clonagem, ou produção de muitas progênies geneticamente idênticos, de fagos ou plasmídios que carregam o DNA exógeno, de modo que elas se repliquem e então se expressem. Figura 2 - Produção de rDNA O desenvolvimento desta nova tecnologia só foi possível pela descoberta das enzimas de restrição. Este tipo de enzima atua como uma espécie de "tesoura biológica" que, após
- 8. 7 reconhecer determinada sequencia nucleotídica, faz corte bifilamentar na ligação açúcarfosfato da molécula de DNA, produzindo fragmentos. Essas enzimas são produzidas naturalmente por bactérias – Escherichia coli ou E. coli – como forma de defesa contra infecção viral, onde clivam em diversos fragmentos o material genético dos vírus, impedindo sua reprodução na célula bacteriana. Em contrapartida, a bactéria protege seu próprio DNA dessa degradação, modificando sua sequencia de reconhecimento pela adição de grupos metila, fenômeno conhecido como metilação. As enzimas de restrição são divididas em várias classes, dependendo da estrutura, da atividade e dos sítios de reconhecimento e clivagem, e atualmente, mais de 1000 enzimas de restrição já foram identificadas. O DNA bacteriano pode se recombinar com DNA humano, vegetal ou de qualquer outra espécie, abrindo a possibilidade de clonar ou isolar proteínas das mesmas. Figura 3 - Enzimas de restrição No processo de obtenção do rDNA, a mesma enzima de restrição que clivou (cortou) o gene do DNA é utilizada para clivar o plasmídio (material genético circular não ligado ao
- 9. 8 cromossomo que fica espalhado pelo hialoplasma das bactérias) bacteriano. A seguir o plasmídio clivado é misturado com os fragmentos de DNA (contendo o gene) e uma enzima chamada ligase “cola” os fragmentos ao plasmídio produzindo o rDNA. Isso feito, o rDNA é introduzido em uma bactéria hospedeira. A bactéria hospedeira é colocada em um meio nutritivo seletivo, apenas aquelas que possuem o DNA recombinante crescem, formando colônias. Após muitas gerações de bactérias, o produto da expressão dos genes, as proteínas desejadas, é purificado das bactérias, e então pode ser utilizado. 2.3 Utilização O DNA Recombinante tem diversas utilizações, entre elas: Criação de plantas mais resistentes, por exemplo, à seca; Criação de novas vacinas como Hepatite B; Plantas resistentes a pragas; Produção de insulina artificial em escala industrial; Modificação de leveduras para potencializar a produção de álcool no setor de combustíveis; Melhoramento genético de linhagens de bactérias importantes para o setor alimentício; Uso de células modificadas na biorremediação; Estudar mecanismos de replicação e expressão gênica; Determinação da sequência de um gene (e por tabela a proteína que ele codifica); Desenvolvimento de 'novas' culturas microbianas; Produção de hormônio do crescimento e vacinas; Investigação de paternidade, investigações criminais e outras aplicações forenses; Diagnóstico de doenças genéticas e infecciosas; Terapia gênica, que é a transferência direta de genes em humanos para tratar uma doença; Produção de transgênicos;
- 10. 9 Produção de fármacos, como fatores de coagulação, ativador plasminogênio (usado para dissolver coágulos sanguíneos em pacientes com ataques cardíacos); Estão sendo testadas drogas oligonucleotídicas para o tratamento de AIDS e câncer. Aumento da eficácia de diversos processos industriais que nos desempenham papeis importantes; Melhoramento genético de animais para que produzam mais leite, para que desenvolvam maior massa corporal para produção de carne, ou mesmo para produção de carne com menos colesterol; Sequenciamento individual do DNA. 2.4 O lado positivo A tecnologia do DNA Recombinante pode ser utilizada para fins nobres, como melhorar a qualidade de vida das pessoas. O aumento da expectativa de vida através do tratamento mais barato e acessível de diabéticos é um exemplo disso. 2.5 Riscos Uma preocupação é de haver escape gênico de plantas geneticamente modificadas e consequente contaminação de plantas nativas, o que acarretaria em desequilíbrio ecológico, mas a extensão e o efeito dessa transferência ainda são incertos. Outra preocupação abrange questões de saúde pública associadas à presença de produtos transgênicos em alimentos naturais, pois não se sabe quais são as consequências ao organismo humano que possam ocorrer em longo prazo. Apesar dos grandes benefícios potenciais da pesquisa do DNA recombinante, de início alguns cientistas que trabalhavam com esta técnica estavam preocupados com os perigos. Eles
- 11. 10 temiam que alguns recombinantes pudessem mostrar patógenos novos e especialmente virulentos para os quais o ser humano não teria nenhuma defesa natural ou tratamento eficaz. Em 1974, os cientistas pediram um adiamento de determinadas experiências até que os perigos pudessem ser avaliados. A partir dessa avaliação, surgiu a ideia de contenção biológica, ou seja, a prática de se produzir DNA recombinante somente em organismos com mutações que os impediriam de sobreviver fora do laboratório. Em 1981, os obstáculos à pesquisa do DNA recombinante foram superados devido ás seguintes observações: 1º Nenhuma doença nos pesquisadores de laboratório pôde ser relacionada aos recombinantes; 2º A cepa de E. coli utilizada nos experimentos não infectou os seres humanos que voluntariamente a receberam em grandes doses; 3º A incorporação de genes de mamíferos na E. coli foi observada na natureza, e estes genes prejudicaram invariavelmente a capacidade dos organismos de se adaptarem ao meio ambiente. Isto sugere que se os organismos de laboratório realmente escapassem, eles provavelmente não sobreviveriam no ambiente natural. 4º Mutantes de E. coli contendo DNA recombinante foram sujeitos ao controle por práticas sanitárias aceitas. 2.6 Curiosidades Muitas pessoas amariam a ideia de ter um bichinho de estimação que brilha no escuro, não? Pois é, o interesse pela fluorescência não é exclusivo de crianças ou daqueles com uma mente mais inventiva. Mais do que um brinquedo, a fluorescência pode ser de grande utilidade para a ciência. De fato, uma das ferramentas cientifica mais útil desenvolvida nos últimos anos foi a GFP (Green Fluorescent Protein).
- 12. 11 A GFP é utilizada na produção do rDNA basicamente para indicar se um gene introduzido em um organismo foi transferido para o núcleo da nova célula e está a ser expresso normalmente. Os cientistas introduzem o gene de interesse e o gene de GFP na célula. Se o gene de interesse tiver sido introduzido com sucesso, então também GFP será introduzido com sucesso, e as células ou organismo de introdução irá apresentar uma característica cor fluorescente.
- 13. 12 3. Conclusão DNA Recombinante é um hibrido obtido da união de moléculas de DNA de origens diferentes. Por exemplo, uma molécula de DNA contendo hormônio insulina é fragmentado e isolado da célula por uma enzima de restrição. A mesma enzima realiza também esse processo no plasmídeo de uma bactéria (E. coli). A junção dos dois fragmentos de DNA e ligase, transforma o plasmídeo em um rDNA que volta para a bactéria. Essa bactéria cresce e multiplica-se, passando para seus descendentes o hormônio da insulina. Desse modo, a insulina pode ser produzida mais rapidamente e em uma escala muito maior, reduzindo custos e aumentando a disponibilidade no mercado. A produção de insulina é apenas um exemplo do muito que o DNA Recombinante pode fazer. Apesar do receio de alguns cientistas em relação aos riscos, como efeitos colaterais, extinção de espécies menos desenvolvidas, adaptação de vírus e doenças nocivas, entre outros, essa tecnologia pode ser utilizada para fins nobres, como melhorar a qualidade de vida das pessoas e o aumento da expectativa de vida por meio de aperfeiçoamento de tratamentos e medicamentos.