3º ANO A - 1ª ATIVIDADE DE BIOLOGIA* & 1º EXERCÍCIO
(3ª Fase das Atividades Remotas)
Biotecnologia e genética: DNA recombinante;
Organismos geneticamente modificados; Terapia gênica; Projeto Genoma Humano;
Clonagem e Células tronco.
DNA RECOMBINANTE
Muitas doenças humanas resultam da deficiência
de certas proteínas. Uma delas é o diabetes melito, em que há deficiência da
insulina. O gene que determina a produção de insulina pode ser incorporado ao
material genético de algumas bactérias, que passam então a produzir insulina. Assim,
é possível obter a insulina em um meio de cultura de bactérias. A obtenção de
moléculas híbridas de DNA, resultantes da fusão de trechos de DNA de diferentes
espécies é uma técnica chamada de DNA recombinante.
Em engenharia genética, habitualmente
empregam-se microrganismos, principalmente bactérias para a técnica de DNA
recombinante. Além do cromossomo das bactérias ser circular, elas ainda podem
conter plasmídeos, que são porções de DNA dispersas pelo citoplasma. O
processo inicia-se com o fracionamento de DNA humano em pontos específicos de
sua sequência de bases, por meio de endonucleases de restrição (ou
enzimas de restrição). Enzimas de restrição são extraídas de bactérias e cortam
o DNA em um trecho específico funcionando como “tesouras químicas”. As enzimas
de restrição são utilizadas para abrir os plasmídeos.
Os fragmentos de DNA humano são inseridos nos
plasmídeos por meio de outro tipo de enzima, as ligases. Finalmente, ao
penetrarem nas bactéria,s os plasmídeos são usados como vetores (ou
veículos) do material genético humano. A partir daí as bactérias passam a “obedecer”
às ordens que o DNA humano determina. Diversas substâncias podem ser produzidas
por bactérias modificadas geneticamente pela incorporação de trechos de DNA que
carregam as informações necessárias para a produção dessas substâncias (Figura
1 e Tabela 1).
Figura 1 – Pela técnica do DNA recombinante, os microrganismos geneticamente
modificados atuam como verdadeiras fábricas de substâncias úteis ao ser humano.
(Fonte: http://aulasfredsonserejo.blogspot.com/).
ORGANISMOS GENETICAMENTE
MODIFICADOS (OGM’s)
Organismos transgênicos – ou mais corretamente organismos
geneticamente modificados (OGM’s) – são aqueles que contém genes de outra
espécie inserido em seu material genético. Plantas geneticamente modificadas
como soja, milho, algodão e canola já são cultivadas em todos os continentes.
Quais as vantagens do OGM’s?
> Redução do uso de agroquímicos
> Redução dos custos de produção
> Tolerância a condições ambientais adversas
> Aumento do valor nutritivo
> Elevação da produtividade
A biotecnologia e as técnicas de manipulação genética têm
desenvolvido, principalmente, variedades de plantas resistentes a insetos ou a
herbicidas. Buscam ainda, variedades de plantas resistentes a geadas, acidez do
solo ou escassez de água, por exemplo. Outras variedades também têm sido
testadas: Cana-de-açúcar e soja, das quais são extraídas resinas capazes de
substituir o plástico, com vantagem de serem biodegraáveis; café descafeinado;
frutos que têm melhor sabor, amadurecem mais lentamente (sem amolecer) e
resistem mais tempo sem refrigeração e milho e soja mais ricos em proteínas.
Quais são os riscos dos OGM’s?
> Riscos ambientais: Morte
de espécies polinizadoras; comprometimento da fixação biológica do nitrogênio;
> Riscos aos seres humanos:
Reações alérgicas; alterações imunológicas;
> Riscos econômicos: Dependência
de um ou pouco fornecedores e terminator technology, que é uma
estratégia de venda de espécies transgênicas na qual a planta não gera
descendentes férteis. Assim, o agricultor não pode reservar parte das sementes
para plantar na próxima safra, pois as sementes não geram novas plantas. Ano
após ano o agricultor tem que comprar novas sementes, gerando um grau de
dependência alta em relação às empresas que desenvolvem transgênicos.
TERAPIA GÊNICA
A introdução de genes humanos no genoma de camundongos possibilita o estudo de várias doenças, como a hemofilia, o diabetes, a hipertensão arterial, o Alzheimer e o câncer. Esse processo também possui grande importância para a indústria farmacêutica, que vem usando modelos animais para desenvolver medicamentos. Produtos isolados da ação de certos genes são usados há muito tempo no tratamento de doenças genéticas. A insulina e o fator VIII são exemplos conhecidos, utilizados em pacientes com diabetes melito e hemofilia A, respectivamente.
O tratamento dessas doenças oferece riscos quando essas
substâncias são obtidas de animais ou de sangue de pessoas, o que as torna potencialmente
capazes de causar manifestações alérgicas graves ou de transmitir infecções
como hepatites B e C e o HIV. Diversos genes humanos podem ser localizados com
precisão, isolados e clonados. Tal procedimento tem sido usado no tratamento de
doenças hereditárias e é conhecido por terapia gênica (ou geneterapia).
Tal introdução é feita com o emprego de um vetor capaz de levar o gene às células do doente. Esse vetor pode ser, por exemplo, um vírus modificado. Métodos físicos e químicos também podem ser empregados. Entre as doenças humanas entre as quais a terapia gênica já foi aplicada está a síndrome da imunodeficiência grave combinada (SCID), forma rara e letal de disfunção do sistema imune que torna o portador suscetível a qualquer infecção. Esse distúrbio é causado pela falta de uma enzima, a adenosina-deaminase (ADA). Um dos casos mais comentados de pessoas afetadas pela SCID foi o do garoto David, que se tornou conhecido, na década de 1970 como o “menino da bolha”, pois vivia em um ambiente completamente isolado e estéril. David morreu aos 12 anos de idade após um transplante de medula óssea.
A terapia gênica para SCID começou a ser empregada na década
de 1990. Além da SCID, a terapia gênica vem sendo usada com resultados promissores
no tratamento da fibrose cística e da distrofia muscular, uma degeneração
do tecido muscular que acomete meninos, acarreta paralisia e como consequência,
a morte.
MAPEANDO GENES HUMANOS
Em 1987, desencadeou-se o Projeto Genoma Humano,
em uma parceria entre o Departamento de Energia dos Estados Unidos e os
Institutos Nacionais de saúde desse país. A meta era sequenciar todos os cerca
de 3 bilhões de pares de nucleotídeos presentes nos cromossomos humanos. A conclusão
do Projeto (cujo custo foi estimado em 5 bilhões de dólares) estava prevista para
2005, mas os primeiros dados – cerca de 90% do sequenciamento – chegaram ao
conhecimento do público no primeiro semestre de 2000. A espantosa velocidade
com que chegou ao final de 2003 deveu-se, entre outras coisas, ao desenvolvimento
de sequenciadores automáticos, a partir de 1991 (Figura 2).
Figura 2 – Etapas do sequenciamento genético automatizado. (a) – Em
uma solução, amostras de DNA-teste ligam-se a pequenos segmentos de nucleotídeos
(iniciadores ou primers) com uma das quatro bases nitrogenadas na
extremidade, previamente marcadas com cores diferentes. Por ação de uma enzima
chamada DNA-polimerase, filamentos complementares são formados. (b) – De
acordo com a posição que o primer se ligou ao DNA-teste, maior ou menor será
o comprimento do filamento recém formado. Os filamentos do DNA-teste são
separados dos filamentos formados a partir dos iniciadores marcados. (c)
– Os segmentos marcados são separados de acordo com o tamanho; quanto menores,
maior a distância a ser percorrida na coluna de eletroforese. A coluna de
eletroforese é analisada pela passagem de um feixe de raios laser que
reconhece cada um dos quatro tipos de marcadores coloridos. (d) –
Terminada a leitura, etapa concluída a sequência de bases nitrogenadas do DNA-teste.
CLONAGEM E CÉLULAS TRONCO
Durante as diversas etapas do desenvolvimento embrionário
ou de outras etapas do desenvolvimento da vida dos animais, algumas células
apresentam-se indiferenciadas e podem gerar mais células indiferenciadas ou,
sob certas condições, sofrer diferenciação e converter-se em células diferenciadas
(maduras). Na medula óssea, por exemplo, há células que formam glóbulos vermelhos,
os diversos tipos de glóbulos brancos e as plaquetas. As células imaturas,
indiferenciadas e capazes de originar outras células indiferenciadas ou células
maduras chamam-se de células-tronco.
Dependendo da capacidade que a célula-tronco possui de se diferenciar, elas podem ser classificadas em:
>> Células-tronco
totipotentes: São o zigoto e as células que resultam das suas primeiras
divisões. As células dessa categoria podem originar células de qualquer tecido
ou mesmo de anexos embrionários, como a placenta.
>> Células-tronco
pluripotentes: São células que podem se diferenciar em todos os tipos de
células, com exceção das células tronco totipotentes e das células de anexos
embrionários, como a placenta.
>> Células-tronco
multipotentes: Encontradas em órgãos maduros (medula óssea, cérebro, placenta
e fígado, por exemplo) são capazes de se diferenciar em diversos tipos de
células, mas não em todos.
>> Células unipotentes: São células capazes de formar apenas um tipo de célula diferenciada.
Um assunto bastante polêmico relaciona-se aos meios de obtenção de células-tronco. A escolha óbvia recai sobre os embriões, entretanto, há sérias questões éticas envolvidas. Alguns países têm demonstrado postura mais tolerante, permitindo, por exemplo, a extração de células tronco de embriões excedentes de clínicas de reprodução assistida ou de embriões desenvolvidos por clonagem terapêutica. Em outros países, apenas o cordão umbilical ou os embriões excedentes de clínicas de reprodução podem servir como fontes de células-tronco, não sendo permitida a clonagem terapêutica.
De acordo com a sua origem, as células-tronco podem ser
classificadas em células-tronco embrionárias ou células tronco
adultas. As células-tronco embrionárias podem ser obtidas em laboratório,
após fecundação in vitro, quando o embrião está na fase de blastocisto e
antes de ser implantado no útero materno. Com o desenvolvimento do embrião,
essas células-tronco irão se diferenciar em todos os tipos de células do nosso organismo.
Embora menos versáteis, que as células-tronco embrionárias, as células-tronco
adultas, encontradas em diversos tecidos e órgãos, são responsáveis pela regeneração
parcial dos órgãos em casos de doenças ou ferimentos. É o caso, por exemplo,
das células-tronco da medula óssea e da pele.
A OVELHA DOLLY
Em 1997, apresentou-se a primeira referência ao desenvolvimento de um embrião de mamífero depois da transferência de núcleos de uma linhagem de células já diferenciada (no caso, células de glândulas marias de ovelhas). O fato de que a ovelha Dolly originou-se da transferência do núcleo de uma célula adulta diferenciada confirma que a diferenciação celular não acarreta modificações irreversíveis no material genético necessário para permitir o desenvolvimento de um embrião.
Figura 3 – Nascida por clonagem (do grego klónos, rebento, ramo, pequeno broto) a partir do núcleo de uma célula diferenciada, a ovelha Dolly tornou-se símbolo das pesquisas com embriões. (Fonte: curtocienciablog.wordpress.com).
*Fonte: O texto e as figuras são baseados na obra de Favaretto, J. A. 360º - Biologia: caderno de revisão (Livro do Professor), 2ª ed, São Paulo: FTD, 2017, salvo quando indicada outra fonte.
1º EXERCÍCIO
(3ª FASE DE ATIVIDADES REMOTAS)
A seguir o atalho para o PRIMEIRO EXERCÍCIO da terceira fase de estudos remotos. O exercício trata dos temas acima resumidos: Genética e Biotecnologia.
Atalho: 1º Exercício (3ª Fase)
Lembrando
que nem todos os assuntos deste exercício foram descritos nas atividades
anteriores do nosso Blog. Caso haja dúvida, faça uma busca rápida pela
internet.
Vale
a pena dar uma olhada no assunto da aula passada e revisar os assuntos para
responder o exercício.
Qualquer
dúvida podem entrar em contato comigo por whatsapp.
Abraços
Vinícius