Biotecnologia e Engenharia Genética: tudo o que você precisa saber está aqui!

A biotecnologia consiste em um conjunto de técnicas que permitem a seleção, a manipulação e a modificação de organismos.

Biotecnologia e Engenharia Genética
Biotecnologia e Engenharia Genética
Quando falamos sobre biotecnologia e engenharia genética, é preciso entender a fundo o conceito de ambas.

A biotecnologia consiste em um conjunto de técnicas que permitem a seleção, a manipulação e a modificação de organismos ou de parte destes. A seleção e utilização de organismos com características interessantes para nós ou para grandes produções ocorrem desde tempos mais antigos, como, por exemplo, a utilização de fungos para produção de pães ou a seleção artificial para a escolha de frutas com melhor sabor.

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Entenda o que é Engenharia Genética

Com o avanço da biotecnologia, surgiram importantes técnicas de engenharia genética que possibilitaram a modificação de materiais genéticos.

A engenharia genética, então, consiste na manipulação direta dos genes de um organismo, geralmente através de técnicas artificiais. Essas técnicas têm como objetivo melhorar ou criar produtos e organismos, procurando sempre um melhoramento genético.

Enzimas

A descoberta de algumas enzimas foi essencial para que os trabalhos em engenharia genética pudessem acontecer.

Enzimas de Restrição

São enzimas responsáveis por cortar o DNA em determinados pontos. A enzima é capaz de reconhecer uma sequência específica de nucleotídeos e faz o corte da molécula naquele ponto específico.

Esquema de como a enzima de restrição EcoR1 atua, cortando o DNA circular entre as bases nitrogenadas A e G.
Esquema de como a enzima de restrição EcoR1 atua, cortando o DNA circular entre as bases nitrogenadas A e G.

DNA Ligase

São enzimas que unem os fragmentos de DNA, com objetivo de produzir moléculas recombinantes.

Esquema de como a enzima DNA ligase atua conectando segmentos de DNA.
Esquema de como a enzima DNA ligase atua conectando segmentos de DNA.

DNA Recombinante e Transgênicos

DNA Recombinante e Transgênicos
DNA Recombinante e Transgênicos

Quando se liga um trecho de uma molécula de DNA em outra molécula, temos um DNA Recombinante.

A partir das enzimas de restrição, é possível cortar pedaços de uma molécula de DNA e, com a DNA ligase, uni-los a uma outra molécula. Com isto, é possível manipular geneticamente os organismos, criando os organismos geneticamente modificados, também conhecidos como transgênicos.

Transgênicos não são sinônimos de organismos geneticamente modificados. Por exemplo, um diabético que recebe genes humanos para produção de insulina como forma de tratamento passa a ser um organismo geneticamente modificado, mas não um transgênico. A transgenia é a técnica de introduzir o DNA de uma espécie no DNA de outra. Usando o exemplo dos genes humanos para produção de insulina, uma bactéria que recebesse esses genes e começasse a sintetizar insulina humana seria um exemplo de organismo transgênico.

Os transgênicos, com objetivo de melhorar a produção, causam diversos debates sobre sua influência na saúde humana e no meio ambiente

Eles podem ser utilizados na agricultura, como no tomate, em que é colocado o DNA de uma bactéria resistente a predadores. Com isso, o tomateiro expressa essa característica e sofre menos com o ataque de predadores.

Outro exemplo da utilização dos transgênicos é a inclusão de um gene capaz de produzir insulina no DNA de uma bactéria. Com isso, a bactéria transgênica produz altas quantidades de insulina, que são utilizadas no tratamento de diabéticos.

Ainda que os efeitos dos transgênicos sobre a saúde não sejam inerentes da transgenia (não é porque um alimento é transgênico que ele necessariamente fará mal!), há riscos ambientais oriundos desta técnica. Um organismo transgênico pode ter vantagens contra predadores, e, se liberados na natureza, esses organismos podem levar a extinção de espécies competidoras. Outra possibilidade é a perda de variabilidade genética, com agricultores deixando de plantar outras linhagens vegetais, já que a transgênica teria melhor produção. Isso é um problema, pois se todas as colheitas forem geneticamente iguais, uma praga que afete essas linhagens únicas poderia devastar a produção, visto que todas as linhagens presentes seriam igualmente suscetíveis.

Mapeamento Genético e Genoma

Identificação Digital Genética

A impressão digital genética, também chamada de DNA fingerprint, é feita a partir de trechos de DNA cortados por enzimas de restrição, que então são separados por uma técnica chamada de eletroforese. Com exceção dos clones, todos os seres possuem diferenças em seu DNA, e estas diferenças aparecem.

Esquema de como funciona a eletroforese
Esquema de como funciona a eletroforese

Na eletroforese, os fragmentos de DNA são colocados em uma placa com gel e, de acordo com a carga e o tamanho, os fragmentos migram pela placa assumindo diferentes posições, indicadas pelas faixas.

Exemplo de uma eletroforese mostrando a comparação dos trechos de DNA. Nota-se que, quando há faixas iguais, pode-se reconhecer a origem do DNA.
Exemplo de uma eletroforese mostrando a comparação dos trechos de DNA. Nota-se que, quando há faixas iguais, pode-se reconhecer a origem do DNA.

Esta técnica é muito importante, sendo utilizada em testes de paternidade e para solucionar crimes.

Em casos de testes de parentesco, o filho apresentará áreas com e sem faixas, e essas faixas deverão ser semelhantes aos dos pais. Áreas com faixas indicam a presença do DNA e, portanto, esse DNA deve ter sido herdado da mãe ou do pai.

Projeto Genoma Humano

Mapa de impressão digital genética (fingerprint) do genoma humano, com cerca de 30 mil genes
Mapa de impressão digital genética (fingerprint) do genoma humano, com cerca de 30 mil genes

O genoma é o conjunto de material genético de um organismo que pode ser mitocondrial (vem dos genes mitocondriais, sempre com origem materna) ou nuclear. O projeto do Genoma Humano se iniciou em 1990 e teve como objetivo identificar a sequência de bases de cada gene humano.

Mapeamento Genético

O mapeamento genético é uma técnica que tem como objetivo encontrar e marcar genes. Os genes são mapeados a partir de uma técnica chamada hibridização in situ, em que sondas complementares (formadas por proteínas ou RNA mensageiro) se ligam ao DNA alvo para marcá-lo. Esta técnica pode ser utilizada para encontrar genes responsáveis por doenças hereditárias, podendo auxiliar em um diagnóstico precoce.

Mapa genético humano, com algumas das doenças genéticas conhecidas.
Mapa genético humano, com algumas das doenças genéticas conhecidas.

O Projeto Genoma Humano foi importante para mostrar a localização dos genes, facilitando a sua busca no momento de realizar um mapeamento genético.

Clonagem

A ovelha Dolly, um clone feito a partir de células somáticas adultas
A ovelha Dolly, um clone feito a partir de células somáticas adultas

A clonagem é um processo que tem como objetivo formar um clone. Os clones são cópias geneticamente iguais às de um organismo inicial.

A clonagem nem sempre ocorre a partir da engenharia genética: a reprodução assexuada é um exemplo de clonagem natural, assim como os gêmeos idênticos (gêmeos monozigotos).

Esquema de como ocorre o processo da clonagem
Esquema de como ocorre o processo da clonagem

Ela consiste na implantação do núcleo de uma célula somática em um óvulo anucleado. O indivíduo clonado será aquele que doou o núcleo somático, ou seja, o óvulo anucleado não interferirá no genoma do clone.

Para clareza, um exemplo: É retirado o núcleo somático de uma célula da pele de João, que foi implantado em um óvulo anucleado de Gina, que foi implantado no útero de Maria. O clone que nasceu é uma cópia genética de João, mas apresentará o DNA mitocondrial de Gina, já que o DNA mitocondrial não está relacionado ao núcleo somático. Maria não tem influência genética sobre este clone.

A ovelha Dolly, o primeiro mamífero a ser clonado, teve que ser sacrificada, pois ela começou a apresentar, ainda muito jovem, diversos problemas relacionados à idade avançada, como artrose. Os cromossomos possuem porções conhecidas como telômeros, que desgastam com o passar da idade. Como a ovelha Dolly teve seu núcleo originado de uma célula somática, os telômeros já estavam desgastados, causando o envelhecimento precoce.

Exercícios

1. (FUVEST) Enzimas de restrição são fundamentais à Engenharia Genética porque permitem:

a) a passagem de DNA através da membrana celular;

b) inibir a síntese de RNA a partir de DNA;

c) inibir a síntese de DNA a partir de RNA;

d) cortar DNA onde ocorrem sequências específicas de bases;

e) modificar sequências de bases do DNA.

2. (FATEC) A Engenharia Genética consiste numa técnica de manipular genes, que permite, entre outras coisas, a fabricação de produtos farmacêuticos em bactérias transformadas pela tecnologia do DNA recombinante. Assim, já é possível introduzir em bactérias o gene humano que codifica insulina, as quais passam a fabricar sistematicamente essa substância. Isto só é possível por que:

a) o cromossomo bacteriano é totalmente substituído pelo DNA recombinante;

b) as bactérias são seres eucariontes;

c) os ribossomos bacterianos podem incorporar o gene humano que codifica insulina, passando-o para as futuras linhagens;

d) as bactérias possuem pequenas moléculas de DNA circulares (plasmídeos), nas quais podem ser incorporados genes estranhos a elas, experimentalmente;

e) as bactérias são seres muito simples, constituídos por um único tipo de ácido nucleico (DNA).

3. (FUVEST)

TESTE DE DNA CONFIRMA PATERNIDADEDE BEBÊ PERDIDO NO TSUNAMI

Um casal do Sri Lanka que alegava ser os pais de um bebê encontrado após o tsunami que atingiu a Ásia, em dezembro, obteve a confirmação do fato através de um exame de DNA. O menino,que ficou conhecido como “Bebê 81” por ser o 81º sobrevivente a dar entrada no hospital de Kalmunai, era reivindicado por nove casais diferentes.

“Folha online”, 14/02/2005(adaptado).

Algumas regiões do DNA são sequências curtas de bases nitrogenadas que se repetem no genoma, e o número de repetições dessas regiões varia entre as pessoas. Existem procedimentos que permitem visualizar essa variabilidade, revelando padrões de fragmentos de DNA que são “uma impressão digital molecular”. Não existem duas pessoas com o mesmo padrão de fragmentos com exceção dos gêmeos monozigóticos. Metade dos fragmentos de DNA de uma pessoa é herdada de sua mãe e metade, de seu pai. Com base nos padrões de fragmentos de DNA representados a seguir, qual dos casais pode ser considerado como pais biológicos do Bebê 81?

4. (UNIFOR) Considere os seguintes processos usados para obtenção de organismos:

I. Substituir o núcleo de um óvulo pelo núcleo de uma célula diploide do mesmo animal e implantar esse óvulo no útero do animal para que se desenvolva.

II. Obter estacas de um vegetal e plantá-las para que enraízem e formem novas plantas.

III. Semear os grãos de milho para obter novos pés da planta.

Constitui clonagem o que se faz somente em:

a) I.

b) II.

c) I e II.

d) II e III.

e) I, II e III.

5. (PUC-SP) Em 1997, um grupo de pesquisadores divulgou ao mundo a ovelha Dolly, obtido por meio da técnica de clonagem. Esses pesquisadores retiraram o núcleo da célula de uma ovelha (A) e o implantaram num óvulo colhido de uma outra ovelha (B), do qual o núcleo fora previamente removido. Esse óvulo fora posteriormente implantado no útero de uma terceira ovelha (C), originando Dolly. A partir dos dados envolvidos no experimento realizado pelos pesquisadores, pode-se prever que Dolly apresente:

a) Constituição cromossômica da ovelha A e DNA mitocondrial da ovelha B.

b) Constituição cromossômica e DNA mitocondrial da ovelha A.

c) Constituição cromossômica e DNA mitocondrial da ovelha B.

d) Constituição cromossômica da ovelha A e DNA mitocondrial da ovelha C.

e) Constituição cromossômica e DNA mitocondrial correspondente a uma mistura das três ovelhas.

Gabarito

1. D

2. D

3. C

4. C

5. A

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