Laboratório Virtual de Biotecnologia by Casa Ciências

Gui茫o do Professor Laborat贸rio Virtual de

Biotecnologia

Gui達o do Professor VVers達o 2.10

220065

ESTE TRABALHO É PARTE INTEGRANTE DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO INTITULADA “LABORATÓRIO VIRTUAL DE BIOTECNOLOGIA: PROPOSTA DE ABORDAGEM DOS RECENTES AVANÇOS TECNOLÓGICOS DA

BIOTECNOLOGIA E RESPECTIVAS

IMPLICAÇÕES ÉTICAS NUMA PERSPECTIVA INVESTIGATIVA NO ENSINO DA

BIOLOGIA”

“PERMITIDA A CÓPIA PARCIAL OU INTEGRAL DESTE DOCUMENTO, DESDE QUE SEJA EM SITUAÇÃO DE ENSINO E CITADA A FONTE”

O autor: Nuno Ribeiro

APOIOS

Índice

Apresentação do Laboratório Virtual de Biotecnologia

Pág. 4

Momento 1> Compreender

Pág. 11

Momento 2> Aplicar

Pág. 36

Momento 3> Reflectir

Pág. 58

Apresentação do Laboratório Virtual de Biotecnologia O Laboratório Virtual de Biotecnologia é um programa multimédia que permite a manipulação e a investigação virtual de várias técnicas da Biologia Molecular utilizadas no diagnóstico de doenças genéticas. Essas técnicas incluem a electroforese, as enzimas de restrição, o PCR, o Southern Blotting e os chips de DNA. O laboratório encontra-se dividido em sete módulos:

Módulo I – Electroforese;

Módulo II – Enzimas de Restrição;

Módulo III – Reacção em Cadeia da Polimerase (PCR);

Módulo IV – Southern Blotting;

Módulo V – Chips de DNA;

Módulo VI – Diagnóstico Genético;

Módulo VII – Bioética.

Esses módulos estão distribuídos por três momentos distintos: Num primeiro momento (COMPREENDER), propõe-se a investigação das várias técnicas listadas em cima. Este momento compreende os cinco primeiros módulos do laboratório e segue uma perspectiva investigativa, ou seja,

alunos

irão

proceder

desenho

implementação

experiências no laboratório virtual de modo a poderem compreender as características e os princípios básicos inerentes às diferentes técnicas. Como ponto de partida para a sua investigação, os alunos dispõem de um artigo científico referente à técnica a investigar e, nos casos em que tal é relevante, de animações presentes na secção “Vídeos e Animações” do Laboratório Virtual de Biotecnologia. A investigação efectuada pelos alunos será completamente autónoma e realizada em grupos. É desejável que cada grupo seja constituído por um igual número de alunos e investigue uma técnica diferente. Deste modo, cada grupo será “especializado” numa determinada

técnica.

final

das

investigações,

grupos

devem

apresentar os seus resultados aos seus pares na forma de comunicações científicas e/ou artigos científicos.

O segundo momento (APLICAR) do laboratório virtual refere-se à aplicação das técnicas investigadas ao diagnóstico de doenças em casos clínicos específicos. Aqui, propõe-se a formação de novos grupos de modo a que cada grupo recém-formado contenha um elemento de cada um dos grupos “especializados” anteriores. Este momento corresponde ao módulo VI do laboratório virtual. No final do módulo os grupos deverão apresentar aos seus pares o caso clínico e discutir os resultados a que chegou assim como as implicações éticas das suas conclusões. O terceiro momento (REFLECTIR) corresponde ao módulo VII do laboratório virtual e refere-se às implicações futuras que estas técnicas podem ter na sociedade. Propõe-se que os grupos leiam “O Poder da Informação Genética” e discutam entre eles a validade das ideias aí referidas. Por fim, a discussão deverá ser alargada ao grupo-turma e deverão ser discutidos os diferentes pontos de vista dos vários grupos. Ao longo da implementação do laboratório, vão-se desenvolvendo competências conceptuais, metodológicas e de comunicação, e construindo valores e atitudes conducentes à tomada de decisões fundamentadas. Durante todo o trabalho, a autonomia dos alunos é elevada, sendo o professor visto como um apoio e um guia do trabalho que se realiza. Quanto à interactividade entre os alunos e o PC, esta está apenas presente nos dois primeiros momentos do Laboratório Virtual de Biotecnologia dado que o último momento é dedicado à discussão em grupo e alargada ao grupo turma. A tabela que se segue pretende ilustrar a evolução das diversas competências e características ao longo dos vários momentos do Laboratório Virtual de Biotecnologia.

Momento do LVB

Competências conceptuais

Competências metodológicas

Competências comunicação

Autonomia dos alunos

Interactividade alunos-PC

Ética e valores

1º MOMENTO

2º MOMENTO

3º MOMENTO



Cada módulo do Laboratório Virtual de Biotecnologia é autónomo e toda a informação necessária à sua implementação e utilização é apresentada na secção deste guião a ele dedicada.

FORMAÇÃO DOS GRUPOS DE TRABALHO A distribuição dos alunos pelos grupos deve ser feita tendo em conta que cada grupo deve ser constituído pelo mesmo número de elementos. A situação ideal seria cada grupo ter um número de elementos igual ao número total de grupos de trabalho. No entanto, dada a desigual constituição das turmas no ensino secundário, tal não é previsível. No primeiro momento do laboratório virtual formar-se-iam, numa situação ideal, cinco grupos de cinco elementos cada (Grupos A, B, C, D e E). Cada um desses grupos iria investigar um módulo diferente do Laboratório Virtual de Biotecnologia. No final do primeiro momento, estariam constituídos cinco grupos “especializados” em técnicas diferentes. No início do segundo momento, que corresponde à aplicação dos conhecimentos adquiridos previamente sobre as técnicas investigadas, formar-se-iam novos grupos de trabalho constituídos por cinco elementos, cada um deles proveniente de um grupo “especializado” diferente (Grupos V, W, X, Y e Z). Deste modo, todos os elementos dos novos grupos, aqui designados “interdisciplinares”, seriam portadores de conhecimentos diferentes dos outros elementos, 6

podendo dar um contributo efectivo na análise e resolução do caso clínico que lhes será apresentado. A tabela seguinte pretende ilustrar a distribuição dos alunos pelos grupos “especializados” e pelos grupos “interdisciplinares” numa situação ideal (25 alunos distribuídos por cinco grupos):

Grupos “especializados”

Grupos “interdisciplinares” Grupo V

Grupo W

Grupo X

Grupo Y

Grupo Z

Grupo A

Aluno 1

Aluno 2

Aluno 3

Aluno 4

Aluno 5

Grupo A

Grupo B

Aluno 6

Aluno 7

Aluno 8

Aluno 9

Aluno 10

Grupo B

Grupo C

Aluno 11

Aluno 12

Aluno 13

Aluno 14

Aluno 15

Grupo C

Grupo D

Aluno 16

Aluno 17

Aluno 18

Aluno 19

Aluno 20

Grupo D

Grupo E

Aluno 21

Aluno 22

Aluno 23

Aluno 24

Aluno 25

Grupo E

Grupo V

Grupo W

Grupo X

Grupo Y

Grupo Z

O “X”

HEURÍSTICO: FERRAMENTA ESSENCIAL DO

LABORATÓRIO

VIRTUAL DE BIOTECNOLOGIA O “X” heurístico é uma ferramenta didáctica que surge de uma adaptação do “V” heurístico de Gowin. Dentro da filosofia do Laboratório Virtual de Biotecnologia, o trabalho dos alunos é encarado como um trabalho investigativo. Não se pretende que os alunos tenham apenas um papel passivo no seguimento de protocolos com instruções mais ou menos específicas. Aqui, pretende-se que os alunos desenhem as suas próprias experiências, formulem as suas hipóteses de trabalho, interpretem os seus resultados e concluam autonomamente sobre a validade dos resultados obtidos. Este género de actividade exigia a presença de um instrumento que pudesse servir como base de trabalho, onde se registassem não só os resultados obtidos como também todo o quadro teórico que está subjacente 7

ao trabalho de laboratório, assim como o próprio desenho experimental conceptualizado

pelos

alunos.

Assim,

era

necessário

adaptar

“V”

heurístico de Gowin de modo a criar um espaço dedicado ao desenho experimental. O local onde seria lógico colocar esse espaço era o vértice do “V”, previamente ocupado pelos Acontecimentos/Objectos. No entanto, a própria forma do “V” pretendia evidenciar a correlação existente entre a Ala conceptual e a Ala metodológica assim como dar uma posição de realce à questão central. Os Acontecimentos/Objectos também surgiam numa posição de destaque pois todo o esquema apontava para eles. A mudança do “V” para o “X” prende-se com esse ponto: ao mudar a forma do “V” pretende-se evidenciar uma nova relação existente entre a questão investigativa e o desenho experimental. O desenho experimental depende quase inteiramente da questão formulada, dado que é para dar uma resposta a essa questão que se executa uma determinada experiência e não outra. Por outro lado, a mudança de forma do “V” pretende retirar o maior destaque de um elemento em relação aos outros. No “X” dá-se igual evidência à questão central, enquanto elemento motivador do trabalho experimental

desenho

experimental,

enquanto

passo

vital

realização do trabalho experimental. Com o “X” heurístico mantém-se a correlação entre as alas conceptual e metodológica. Esta correlação continua a ser relevante e é muito importante que os alunos, ao utilizarem o “X” heurístico, continuem a reconhecer a interacção existente entre o que já conhecem e os novos conhecimentos que estão a produzir e pretendem compreender. Por outro lado, pretende-se que eles identifiquem e se consciencializem da interacção existente entre a questão central e o desenho experimental, assim como deste com as Alas conceptual e metodológica do “X” heurístico. A leitura do “X” heurístico é feita de forma contínua e sequencial: partese da questão central e, tendo em conta a Ala conceptual onde se explicitam as teorias, princípios e conceitos relevantes, formula-se a hipótese de trabalho e desenha-se a experiência que se pretende realizar para verificar ou refutar a hipótese. Por fim, registam-se os resultados da experiência na Ala metodológica, procede-se à sua interpretação e concluise sobre o trabalho experimental realizado. A figura seguinte mostra o “X”

heurístico onde surgem os elementos que o constituem e a respectiva explicação de cada um desses elementos.

“X” HEURÍSTICO ALA CONCEPTUAL Teoria: conjuntos de conceitos relacionados logicamente que permitem conjuntos de raciocínios conduzindo a explicações.

Questão central:

ALA METODOLÓGICA

Elemento que motiva a realização do trabalho experimental e inicia a actividade que leva à formulação da hipótese de trabalho.

Conclusões: novas generalizações que servem de resposta à questão central. Produzem-se no contexto do trabalho experimental realizado e podem motivar novas

Princípios: regras conceptuais

investigações.

que governam a ligação entre os padrões existentes nos fenómenos; têm forma de proposições.

Registos/Observações: registos da experiência realizada, representados em tabelas,

Desenho Conceitos: signos ou símbolos que traduzem regularidades nos acontecimentos e são partilhados socialmente.

experimental:

gráficos ou diagramas, considerados válidos com base na

elemento directamente

confiança no desenho

dependente da questão

experimental.

central e da hipótese de trabalho. Local onde se registam de forma esquemática os planos da experiência a realizar.

Figura 1 – O “X” heurístico e os seus constituintes. As setas a azul simbolizam as correlações estabelecidas entre as diferentes regiões do “X” e a seta amarela ilustra o sentido de leitura do “X” heurístico.

DISTRIBUIÇÃO

DOS MÓDULOS DO

LABORATÓRIO VIRTUAL

BIOTECNOLOGIA POR NÚMERO DE AULAS Número

Descrição das actividades a realizar

de aulas previstas

- Apresentação do Laboratório Virtual de Biotecnologia - Organização dos grupos “especializados”

- Análise em grupo dos artigos científicos - Apresentação dos artigos à turma

- Implementação dos Momento 1> COMPREENDER (Módulos I, II, III, IV e V) - Apresentação das conclusões das investigações

(oral e/ou acompanhada de artigo científico) - Reorganização dos grupos (grupos “interdisciplinares”) - Implementação do Momento 2> APLICAR (Módulo VI) - Apresentação dos casos clínicos e discussão dos aspectos éticos de cada caso apresentado - Implementação do Momento 3> REFLECTIR (Módulo VII) Número total de aulas

2 11

MOMENTO 1 > Compreender

OBJECTIVOS DO MOMENTO 1 - Conhecer técnicas utilizadas na Biotecnologia e na Biologia Molecular - Compreender os princípios e características básicas das técnicas utilizadas na Biotecnologia e na Biologia Molecular - Desenvolver competências metodológicas - Desenvolver competências de raciocínio científico - Desenvolver competências de comunicação - Incentivar o interesse pela Biotecnologia - Desenvolver atitudes positivas face à Ciência

RECURSOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DO MOMENTO 1 - Módulos I, II, III, IV e V do Laboratório Virtual de Biotecnologia - Artigos científicos: “Electroforese: uma técnica electrizante” “Enzimas de Restrição: tesouras bioquímicas” “Reacção em Cadeia da Polimerase: fotocopiadora molecular” “Southern Blotting: analisando borrões de DNA” “Chips de DNA: janelas para o genoma das células” - “X” heurísticos referentes aos cinco módulos

DESCRIÇÃO DO MOMENTO 1 O momento 1 (Compreender) do Laboratório Virtual de Biotecnologia é dedicado à compreensão dos princípios básicos inerentes às diferentes técnicas. Propõe-se que os alunos partam de um artigo científico e, através dele, iniciem uma investigação das principais características das diferentes técnicas no laboratório virtual. Para tal, os alunos, auxiliados pelos “X” heurísticos, devem partir das questões investigativas (Questionamento) e formular resultados

hipóteses, dessas

desenhar experiências, analisar e interpretar os experiências

finalmente,

concluir

sobre

eles 12

(Implementação). Finalmente, devem comunicar os seus resultados aos seus pares (Comunicação). Sempre que seja necessário, deve haver uma

Questionamento

reavaliação da experiência e formulação de novas hipóteses:

Questão Investigativa

Implementação

Formulação de Hipóteses

Desenho experimental

Experimentação

Comunicação

Reavaliação

Análise dos resultados

Comunicação dos resultados

Avaliação pelos pares

Este ciclo de questionamento, implementação e comunicação deve ser repetido para cada questão investigativa. 13

PROPOSTAS

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE ANÁLISE DO ARTIGO

“ELECTROFORESE: UMA TÉCNICA ELECTRIZANTE” 1 – Descreva o que ocorre durante uma electroforese. Quando se liga a fonte de energia, é fornecida corrente a cada um dos eléctrodos presentes de ambos os lados da tina de electroforese, criando-se um campo eléctrico ao longo do gel. Os fragmentos de DNA iniciam a sua migração, abandonando os poços e movendo-se através do gel de agarose em direcção ao eléctrodo carregado positivamente (ânodo). 2 – Enumere as principais vantagens desta técnica relativamente a outras utilizadas anteriormente para separar moléculas de DNA. É uma técnica relativamente simples, rápida e barata. 3 – Faça uma lista do material necessário para realizar uma experiência utilizando esta técnica. Tina de electroforese, fonte de energia, pente para fazer os poços, soluçãotampão, gel de agarose, tampão de amostra e a amostra propriamente dita. 4 – Indique duas aplicações desta técnica. Esta técnica é utilizada para visualizar fragmentos provenientes da digestão de enzimas de restrição ou para visualizar produtos da reacção de PCR, por exemplo.

PROPOSTAS

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE ANÁLISE DO ARTIGO

“ENZIMAS DE RESTRIÇÃO: TESOURAS BIOQUÍMICAS” 1 – Descreva o modo de actuação de uma enzima de restrição. Quebram as ligações fosfodiéster que unem os nucleótidos adjacentes nas moléculas de DNA. 2 – Explique por que razão as endonucleases do tipo I e III não são utilizadas em Biotecnologia. Porque as enzimas do tipo I e III reconhecem sequências específicas de DNA mas clivam-no em locais muito afastados dessas sequências de reconhecimento. Além disso, estas enzimas necessitam de ATP para se moverem ao longo da cadeia de DNA entre o local de reconhecimento e o local de restrição. 14

3 – Indique o tipo de extremidades que se podem formar numa molécula de DNA após a clivagem por uma enzima de restrição. Após

clivagem

por

uma

enzima

restrição

podem-se

formar

extremidades abruptas ou extremidades coesivas. 4 – Indique três aplicações das enzimas de restrição. Clonagem de genes, análise de cromossomas, sequenciação de DNA, etc.

PROPOSTAS

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE ANÁLISE DO ARTIGO

“REACÇÃO

CADEIA

POLIMERASE:

FOTOCOPIADORA

MOLECULAR” 1 – Descreva o que ocorre durante um ciclo da técnica de PCR. Durante a desnaturação a temperatura é aumentada até aos 95 ºC para separar as cadeias simples de DNA. Segue-se o emparelhamento dos primers que flanqueiam o DNA, diminuindo gradualmente a temperatura para cerca de 55 ºC. Durante este passo, as duas cadeias complementares do DNA alvo permanecem desnaturadas porque estão em concentração baixa e não se encontram para emparelhar. Como estão presentes em concentração

muito

alta,

primers

emparelham

com

regiões

flanqueantes do DNA alvo. Finalmente, para completar o ciclo, é feita a síntese de DNA pela DNA polimerase a uma temperatura de 72 ºC. Esta enzima faz a extensão dos primers, utilizando como molde a cadeia a que cada primer está emparelhado. 2 – Enumere as principais vantagens desta técnica relativamente a outras utilizadas anteriormente para amplificar moléculas de DNA. Torna acessíveis inúmeras cópias de material genético de um modo rápido e barato. Em princípio esta técnica pode reproduzir o material genético de qualquer organismo em quantidades ilimitadas. 3 – Faça uma lista do material necessário para realizar uma experiência utilizando esta técnica. Termociclador, primers, amostra de DNA, Taq DNA polimerase, nucleótidos e magnésio (cofactor da polimerase) 4 – Indique as principais áreas onde se pode aplicar esta técnica.

Mapeamento de genes, diagnóstico de doenças hereditárias e doenças infecciosas, estudos forenses, estudos moleculares de evolução, etc.

PROPOSTAS

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE ANÁLISE DO ARTIGO

“SOUTHERN BLOTTING: ANALISANDO BORRÕES DE DNA” 1 – Descreva as diferentes etapas de um Southern blotting. Extracção do DNA das células; Restrição do DNA por enzimas de restrição; Electroforese; Blotting; Hibridação com a sonda; Autorradiografia; Análise e interpretação dos resultados. 2 – Enumere as principais vantagens e desvantagens desta técnica relativamente a outras utilizadas para identificar sequências de DNA. Vantagens: é bastante específica e sensível, dependendo para isso das características da sonda que é utilizada. Em muitos casos, pode dar informações que não poderiam ser obtidas recorrendo a qualquer outro método. Através desta técnica, é possível detectar um fragmento de restrição único no meio de cerca de um milhão de fragmentos que podem resultar da clivagem de DNA genómico de um organismo eucariótico com enzimas de restrição; Desvantagens: é uma técnica muito morosa e entediante. 3 – Faça uma lista do material necessário para realizar uma experiência utilizando esta técnica. Amostra de DNA, enzimas de restrição, material para realizar uma electroforese, sonda específica para o objectivo do trabalho em questão, membrana de nylon, papel de filtro grosso, solução-tampão salina, folhas de papel absorvente, objecto pesado. 4 – Indique duas aplicações desta técnica. É utilizada para identificar genes homólogos ou similares de diferentes organismos e na identificação de genes associados a doenças genéticas.

PROPOSTAS

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE ANÁLISE DO ARTIGO

“CHIPS DE DNA: JANELAS PARA O GENOMA DAS CÉLULAS” 1 – Descreva as diferentes etapas de uma experiência que envolva utilização dos chips de DNA. Isolamento do mRNA; Formação do cDNA; Hibridação no chip de DNA; Aquisição da imagem; Análise dos resultados. 2 – Refira duas abordagens investigativas tornadas possíveis através do uso dos chips de DNA. Comparar o que ocorre em dois tipos distintos de células (abordagem tipo “ver o que acontece”) e análise de padrões genéticos. 3 – Indique as principais áreas onde se podem aplicar os chips de DNA. Estudo da divisão celular e do envelhecimento, estudo da progressão de certas doenças, estudo dos efeitos dos fármacos sobre as células-alvo desse fármaco, identificação de substâncias carcinogénicas, etc. 4 – Foi realizada uma experiência utilizando um chip de DNA para analisar a expressão génica de dois tipos de células diferentes: tipo A e tipo B. A amostra obtida a partir das células tipo A foi corada a verde e a amostra obtida a partir das células tipo B foi corada a vermelho. Obtiveram-se os seguintes resultados:

4.1. Interprete os resultados obtidos, identificando os genes mais expressos nas células tipo A e tipo B e os genes expressos em ambos os tipos. Genes mais expressos nas células do tipo A: C1, G1, H1, I1, A2, B2, B4, C4, E4, G4, C5, E5, G5, C6, F6, I6, C7, E7, F7, G7, I7. Genes mais expressos nas células do tipo B: B1, D1, E1, F1, C2, F2, H2, I2, E3, F3, I3, D4, H4, I4, A5, B5, D5, F5, H5, E6, H6. Genes expressos em ambos os tipos de células: A1, D2, G2, A3, C3, D3, G3, H3, A6, B6, G6, A7, H7.

DADOS MOLECULARES DO MÓDULO II No módulo II do Laboratório Virtual de Biotecnologia existem duas moléculas de DNA: um plasmídeo (molécula circular) pnr-325z e uma molécula de DNA linear beta-Y8. Ambas as moléculas são clivadas pelas enzimas de restrição EcoRI e HindIII, embora de modos distintos. Os seguintes esquemas representam os locais de restrição das enzimas nas duas moléculas e os fragmentos que daí resultam:

Resultados no gel de agarose para o plasmídeo

pnr-325z:

Resultados no gel de agarose para o DNA linear

beta-Y8:

DADOS MOLECULARES DO MÓDULO III No módulo III do Laboratório Virtual de Biotecnologia existem duas moléculas de DNA lineares: alfa-C5 e beta-A7. Ambas as moléculas são amplificadas pelos pares de primers 1 e 2, embora de modos distintos. Os seguintes esquemas representam os locais onde se ligam os primers e os fragmentos que daí resultam:

Resultados no gel de agarose para ambas as moléculas de DNA (alfa-C5 e

beta-Y8) e

pares de primers (1 e 2):

DADOS MOLECULARES DO MÓDULO IV No módulo IV do Laboratório Virtual de Biotecnologia existem duas moléculas de DNA lineares cortadas com enzimas de restrição: alfa-C5 e beta-A7. Ambas as moléculas são complementares das sondas 1, 2 e 3. Os seguintes esquemas representam os locais onde se ligam as sondas, os locais de restrição (assinalados nos esquemas por “r”) e os padrões de bandas que daí resultam:

Resultados por autorradiografia para ambas as moléculas de DNA:

alfa-C5 (à esquerda) e beta-Y8 (à direita)

Teoria: Biotecnologia.

Princípios:

ALA METODOLÓGICA

Durante a electroforese as moléculas de DNA

As moléculas de DNA

migram todas à mesma

migram a velocidades

velocidade?

A carga global de uma

diferentes. Quanto maior for o tamanho da molécula,

molécula de DNA é negativa.

menor vai ser a velocidade

A passagem de corrente por

de migração no gel.

uma solução electrolítica permite a migração das

Registos/Observações:

moléculas que estão em

Pista 1

suspensão nessa solução.

As moléculas de DNA migram para o pólo positivo durante uma electroforese.

Conceitos: DNA, electroforese, solução electrolítica, electricidade.

Conclusões:

Desenho experimental: Tamanho da molécula de DNA 300 pb 900 pb 1700 pb

Pista 1

Pista 2

X X

Pista 2

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

A concentração em

Teoria: Biotecnologia.

Conclusões:

agarose do gel

agarose influencia a

das moléculas de

A carga global de uma

migração das moléculas.

DNA?

molécula de DNA é negativa.

A concentração do gel em

influencia a migração

Princípios:

Quanto mais concentrado é o gel menos migram as

A passagem de corrente por

moléculas de DNA.

uma solução electrolítica permite a migração das

Registos/Observações:

moléculas que estão em

Pista 1

suspensão nessa solução.

ALA CONCEPTUAL

Pista 2

Pista 1

Pista 2

As moléculas de DNA migram

1% agarose

para o pólo positivo durante uma electroforese. Conceitos: DNA, electroforese, solução electrolítica, electricidade,

Desenho experimental:

agarose. Tamanho da molécula de DNA 300 pb 900 pb 1700 pb

1% de agarose Pista Pista 1 2

2% de agarose Pista Pista 1 2

X X

2% agarose

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

Conclusões:

fragmento de DNA

A migração de um

influencia a migração

Princípios:

A migração de um

de outro?

A carga global de uma

influenciada pela migração de outro fragmento.

molécula de DNA é negativa.

fragmento de DNA não é

A passagem de corrente por uma solução electrolítica permite a migração das

Registos/Observações:

moléculas que estão em

Pista 1

suspensão nessa solução.

As moléculas de DNA migram para o pólo positivo durante uma electroforese.

Conceitos: DNA, electroforese, solução electrolítica, electricidade.

Desenho experimental: Tamanho da molécula de DNA 300 pb 900 pb 1700 pb

Pista 1

Pista 2

X X

Pista 2

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

Todas as enzimas de

Teoria: Biotecnologia.

restrição cortam do mesmo modo a mesma

Princípios:

molécula de DNA?

As enzimas de restrição

Conclusões: Enzimas de restrição diferentes cortam de modo diferente a mesma molécula de DNA.

quebram ligações das moléculas de DNA.

As enzimas de restrição tipo II reconhecem sequências

Registos/Observações:

específicas da molécula de

Pista 1

DNA.

Uma molécula de DNA pode ser clivada em vários fragmentos de tamanhos inferiores.

Conceitos: DNA, enzimas de restrição tipo II, endonucleases.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

Pista 2

DNA pnr-325z

DNA beta-Y8 EcoRI HindIII

X X

Pista 2

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

sempre o mesmo resultado, independentemente da

Uma enzima de restrição corta de

molécula de DNA

modo distinto duas moléculas de

Princípios:

Conclusões:

DNA diferentes.

utilizada?

As enzimas de restrição quebram ligações das moléculas de DNA.

As enzimas de restrição tipo II reconhecem sequências

Registos/Observações:

específicas da molécula de

Pista 1

DNA.

Uma molécula de DNA pode ser clivada em vários fragmentos de tamanhos inferiores.

Conceitos: DNA, enzimas de restrição tipo II, endonucleases.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

DNA pnr-325z

DNA beta-Y8 EcoRI HindIII

Pista 2

X X

Pista 2

Uma enzima apresenta

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

enzimas de restrição apresenta o mesmo resultado final, quando comparado

Princípios:

com os resultados

As enzimas de restrição

de restrição apresenta um resultado com as mesmas enzimas separadamente.

moléculas de DNA. As enzimas de restrição tipo II reconhecem sequências

Registos/Observações:

específicas da molécula de

Pista 1

DNA.

O uso simultâneo de duas enzimas diferente que os resultados obtidos

individuais?

quebram ligações das

Conclusões:

Uma molécula de DNA pode ser clivada em vários fragmentos de tamanhos inferiores.

Conceitos: DNA, enzimas de restrição tipo II, endonucleases.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

Pista 2

DNA pnr-325z

X X

DNA beta-Y8 EcoRI HindIII

Pista 2

O uso simultâneo de duas

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

amplificam do mesmo modo a mesma molécula de DNA?

Cada par de primers amplifica de modo diferente a mesma molécula

Princípios:

Conclusões:

de DNA.

Os primers emparelham com sequências específicas da molécula-alvo de DNA.

A Taq DNA polimerase sintetiza novas cadeias de DNA.

Registos/Observações:

O aumento da temperatura até

Pista 1

aos 95 ºC provoca a separação das cadeias de DNA complementares.

A temperatura óptima de actuação da Taq DNA polimerase é 72 ºC.

Conceitos: DNA, primers, termociclador, nucleótidos, Taq DNA polimerase.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

Pista 2

DNA alfa-C5

DNA beta-A7 Par de primers 1 Par de primers 2

X X

Pista 2

Todos os pares de primers

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

apresenta sempre o mesmo

Princípios:

Conclusões:

resultado,

Um par de primers apresenta resultados

independentemente da

diferentes de acordo com a molécula de

molécula de DNA a

Os primers emparelham com

DNA a amplificar.

amplificar?

sequências específicas da molécula-alvo de DNA.

A Taq DNA polimerase sintetiza novas cadeias de DNA.

Registos/Observações:

O aumento da temperatura até

Pista 1

aos 95 ºC provoca a separação das cadeias de DNA complementares.

A temperatura óptima de actuação da Taq DNA polimerase é 72 ºC.

Conceitos: DNA, primers, termociclador, nucleótidos, Taq DNA polimerase.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

DNA alfa-C5

DNA beta-A7 Par de primers 1 Par de primers 2

Pista 2

X X

Pista 2

Um par de primers

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA amplificado está

Teoria: Biotecnologia.

Conclusões:

dependente do número

Quantos mais ciclos de temperatura forem

de ciclos de temperatura

Princípios:

efectuados, mais moléculas de DNA irão ser

que se efectua?

Os primers emparelham com

A quantidade de DNA

sintetizadas. Deste modo, mais visíveis serão as bandas de DNA coradas.

sequências específicas da molécula-alvo de DNA.

A Taq DNA polimerase sintetiza novas cadeias de DNA.

Registos/Observações:

O aumento da temperatura até

Pista 1

aos 95 ºC provoca a separação das cadeias de DNA complementares.

20 ciclos

A temperatura óptima de actuação da Taq DNA polimerase é 72 ºC.

Conceitos: DNA, primers, termociclador, nucleótidos,

Desenho experimental:

Taq DNA polimerase. Material biológico DNA alfa-C5

20 ciclos Pista Pista 1 2

DNA beta-Y8 Par de primers 1 Par de primers 2

Pista 2

40 ciclos Pista Pista 1 2

X X X

X X

Pista 1

Pista 2

40 ciclos

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

apresenta sempre o mesmo resultado, independentemente da

Princípios:

amostra de DNA

As sondas emparelham com

Conclusões: A mesma sonda apresenta resultados diferentes consoante a molécula de DNA que se utiliza.

utilizada?

sequências específicas da molécula-alvo de DNA ou com fragmentos destas.

A posição das sondas na Registos/Observações:

membrana de nylon é equivalente

Pista 1

à posição da sequência de DNA correspondente no gel de agarose.

As enzimas de restrição clivam o DNA em fragmentos de diversos tamanhos.

Conceitos: DNA, sondas, autorradiografia, blotting.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

DNA alfa-C5

DNA beta-A7 Sonda 1 Sonda 2 Sonda 3

Pista 2

X X

Pista 2

A mesma sonda

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

Todas as sondas

Princípios:

marcam do mesmo

Sondas diferentes originam padrões

modo a mesma

de bandas diferentes para a mesma

amostra de DNA?

As sondas emparelham com

Conclusões:

molécula de DNA.

sequências específicas da molécula-alvo de DNA ou com fragmentos destas.

A posição das sondas na Registos/Observações:

membrana de nylon é equivalente

Pista 1

à posição da sequência de DNA correspondente no gel de agarose.

As enzimas de restrição clivam o DNA em fragmentos de diversos tamanhos.

Conceitos: DNA, sondas, autorradiografia, blotting.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

DNA alfa-C5

DNA beta-A7 Sonda 1 Sonda 2 Sonda 3

X X X

Pista 2

X X X X

Pista 2

ALA CONCEPTUAL

O uso simultâneo de

ALA METODOLÓGICA

os resultados obtidos,

Teoria: Biotecnologia.

Princípios:

Conclusões:

quando comparado com

O resultado obtido com uma sonda é

os resultados individuais

independente do resultado obtido

das sondas?

com outra sonda. Ou seja, o uso

As sondas emparelham com sequências específicas da

simultâneo de duas ou mais sondas

molécula-alvo de DNA ou com

não influencia os resultados obtidos.

fragmentos destas.

A posição das sondas na Registos/Observações:

membrana de nylon é equivalente

Pista 1

à posição da sequência de DNA correspondente no gel de agarose.

As enzimas de restrição clivam o DNA em fragmentos de diversos tamanhos.

Conceitos: DNA, sondas, autorradiografia, blotting.

Desenho experimental: Material biológico

Pista 1

Pista 2

DNA alfa-C5

X X

DNA beta-A7 Sonda 1 Sonda 2 Sonda 3

Pista 2

duas sondas influencia

ALA CONCEPTUAL

ALA METODOLÓGICA uma amostra é

Teoria: Biotecnologia.

O resultado obtido para uma amostra

análise simultânea de

Cada ponto do chip de DNA

é independente do resultado obtido

outra amostra?

tem a mesma probabilidade de

Conclusões:

influenciado pela

Princípios:

O resultado obtido para

para outra amostra. Ou seja, a

estar em contacto com os

análise simultânea de duas amostras

cDNAs que o ponto vizinho.

não altera os resultados obtidos.

Os cDNAs emparelham com as sondas complementares.

O cDNA tem a sequência

Registos/Observações:

complementar do mRNA que

lhe deu origem.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Quanto mais expresso é um gene numa célula, mais mRNAs com essa sequência estão presentes.

Conceitos: DNA, cDNA, mRNA, sonda, chip de DNA.

Desenho experimental: Material biológico

Tubo

Fígado (verde)

Epiderme (verde) Fígado canceroso (verde) Epiderme cancerosa (verde) Fígado (vermelho) Epiderme (vermelho) Fígado canceroso (vermelho) Epiderme cancerosa (vermelho)

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

Conclusões:

Todas as células do

Princípios:

Duas células provenientes de órgãos

organismo expressam

Cada ponto do chip de DNA

ALA CONCEPTUAL

diferentes do mesmo organismo

os mesmos genes?

tem a mesma probabilidade de

expressam genes diferentes.

estar em contacto com os cDNAs que o ponto vizinho.

Os cDNAs emparelham com as sondas complementares.

O cDNA tem a sequência

Registos/Observações:

complementar do mRNA que

lhe deu origem.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Quanto mais expresso é um gene numa célula, mais mRNAs com essa sequência estão presentes.

Conceitos: DNA, cDNA, mRNA, sonda, chip de DNA.

Desenho experimental: Material biológico

Tubo

Fígado (verde)

Epiderme (verde) Fígado canceroso (verde) Epiderme cancerosa (verde) Fígado (vermelho) Epiderme (vermelho) Fígado canceroso (vermelho) Epiderme cancerosa (vermelho)

ALA METODOLÓGICA

Teoria: Biotecnologia.

Conclusões:

Uma célula normal e

Princípios:

Uma célula cancerosa expressa

uma célula cancerosa

Cada ponto do chip de DNA tem a mesma probabilidade de

ALA CONCEPTUAL

expressam os mesmos

vários genes diferentes dos genes

genes?

expressos por uma célula normal.

estar em contacto com os cDNAs que o ponto vizinho.

Os cDNAs emparelham com as sondas complementares.

O cDNA tem a sequência

Registos/Observações:

complementar do mRNA que

lhe deu origem.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Quanto mais expresso é um gene numa célula, mais mRNAs com essa sequência estão presentes.

Conceitos: DNA, cDNA, mRNA, sonda, chip de DNA.

Desenho experimental: Material biológico

Tubo

Fígado (verde)

Epiderme (verde) Fígado canceroso (verde) Epiderme cancerosa (verde) Fígado (vermelho) Epiderme (vermelho) Fígado canceroso (vermelho) Epiderme cancerosa (vermelho)

MOMENTO 2 > Aplicar

OBJECTIVOS DO MOMENTO 2 - Conhecer técnicas utilizadas no diagnóstico de doenças genéticas - Desenvolver competências metodológicas - Desenvolver competências de raciocínio científico - Desenvolver capacidades de pesquisa, análise, organização e avaliação crítica de informação -

Construir

valores

atitudes

conducentes

tomada

decisões

fundamentadas relativas a problemas da Biotecnologia - Desenvolver competências de comunicação - Incentivar o interesse pela Biotecnologia - Desenvolver atitudes positivas face à Ciência

RECURSOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DO MOMENTO 2 - Módulo VI do Laboratório Virtual de Biotecnologia - Internet - Folhas de diagnóstico

DESCRIÇÃO DO MOMENTO 2 O momento 2 (Aplicar) do Laboratório Virtual de Biotecnologia é dedicado à aplicação dos conhecimentos sobre as técnicas adquiridos nos módulos anteriores. Propõe-se que os alunos analisem um caso clínico, pesquisem a doença em questão, utilizem um procedimento laboratorial para diagnosticar os pacientes em questão e, após terem concluído essa tarefa, apresentem as suas conclusões ao grupo-turma.

Caso Clínico

Pesquisa sobre doença

Diagnóstico dos pacientes

Apresentação do caso clínico A pesquisa da doença em questão deve ser feita através da Internet. Nas suas pesquisas não deve confiar na informação contida em todos os sites. Deve apenas confiar em sites que obedeçam a um ou mais dos seguintes critérios:

Sites pertencentes a Escolas de Saúde, Universidades, Organizações

Governamentais ou Não Governamentais (Associações de doentes, por exemplo) que sejam reconhecidos como relevantes no que diz respeito ao assunto de pesquisa.

Sites pertencentes a pessoas reconhecidamente de confiança ou

indicados por pessoas de confiança (como o professor da disciplina, por exemplo).

Um site de confiança deve ter sempre a origem da informação

(referência bibliográfica) e ter a data da última actualização (certifique-se que a informação que recolhe não está desactualizada).

Dicas de pesquisa: 1. Pode começar pelos seguintes sites:

NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

Healthfinder: http://www.healthfinder.gov/

Medhunt: http://www.hon.ch/

National Institutes of Health: http://www.nih.gov/health

Ministério da Saúde: http://www.min-saude.pt

IBMC: http://www.ibmc.up.pt

Instituto de Genética Médica: http://www.igm.min-saude.pt

2. Utilize os motores de busca desses sites servindo-se das seguintes palavras-chave: Caso clínico 1: Distrofia Muscular de Duchene; Duchene’s Muscular Distrophy; DMD. Caso clínico 2: Paramiloidose; Polineuropatia Amiloidótica Familiar; PAF; Paramiloidosis; Familiar Amiloidotic Polineuropathy. Caso clínico 3: Fibrose Quística; Fibrose Cística; Cystic Fibrosis; CF. Caso clínico 4: Cancro da Mama; Breast Cancer. Caso clínico 5: Leucemia Mielóide Aguda; Leucemia Linfoblástica Aguda; Acute Myeloide Leukemia; Acute Limphoblastic Leukemia; AML; ALL.

PROPOSTAS CLÍNICO

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES REFERENTES AO CASO

1 – Faça uma pesquisa sobre a Distrofia Muscular de Duchene, de modo a identificar os seus principais sintomas, a incidência na população, e o(s) cromossoma(s) onde se localiza(m) o(s) gene(s) responsável(eis) pela doença. A DMD é uma forma de distrofia muscular hereditária, ligada ao cromossoma X, logo, afecta principalmente os homens. Os sintomas da DMD incluem a falência dos músculos esqueléticos de forma severa e progressiva. Uma mutação comum associada ao aparecimento da DMD é a delecção de um ou mais exões do gene da distrofina. Estas delecções podem ser detectadas através da digestão enzimática com a enzima de restrição HindIII e utilizando uma combinação de sondas específicas para os múltiplos exões do gene da distrofina através da técnica de Southern Blot. 2 – Preencha para cada paciente a respectiva folha de diagnóstico. 3 – Qual é a base molecular desta doença e por que razão resulta no padrão observado no gel de electroforese? A base molecular desta doença está na delecção de um ou mais exões do gene da distrofina. Ao realizar um Southern Blotting com sondas específicas para esses exões, consegue-se identificar qualquer delecção que tenha ocorrido. Desta forma, pode-se diagnosticar a doença. 4 – Que opções existem para a Júlia e para o marido? Podem continuar a gestação do feto e, em princípio, perder novamente um filho com DMD ou podem abortar o feto, poupando todo o sofrimento que este nascimento traria. 5 – Que questões éticas estão envolvidas na decisão da Júlia e do marido? A questão do aborto e da decisão de terminar uma vida.

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 36 anos

Nome: Júlia Sexo: M

X □F□

Registos 1

5 Identificação das amostras: Júlia 1 – __________________________________________________ Joana 2 – __________________________________________________ Sofia 3 – __________________________________________________ Feto 4 – __________________________________________________ Controlo 5 – __________________________________________________

Distrofia Muscular de Duchene Diagnóstico de: _______________________________________________________ X

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

ATENÇÃO: Esta folha de diagnóstico é privada e deve apenas ser lida pelo paciente e pelo respectivo médico de família. As informações nela constantes não podem ser divulgadas sem o consentimento formal do paciente.

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 9 anos

Nome: Joana Sexo: M

X □F□

Registos 1

Distrofia Muscular de Duchene Diagnóstico de: _______________________________________________________ X

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 7 anos

Nome: Sofia Sexo: M

X □F□

Registos 1

Distrofia Muscular de Duchene Diagnóstico de: _______________________________________________________ X

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 

Nome: Feto da Júlia Sexo: M

□F□

Registos 1

Distrofia Muscular de Duchene Diagnóstico de: _______________________________________________________

Clinicamente normal (gene mutado ausente) X

Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

PROPOSTAS CLÍNICO

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES REFERENTES AO CASO

1 – Faça uma pesquisa sobre a Paramiloidose, de modo a identificar os seus principais sintomas, a incidência na população, e o(s) cromossoma(s) onde se localiza(m) o(s) gene(s) responsável(eis) pela doença. A Paramiloidose, ou, mais correctamente, Polineuropatia Amiloidótica Familiar (PAF), foi pela primeira vez descrita na população portuguesa na área da Póvoa de Varzim pelo Professor Corino de Andrade. É uma polineuropatia que se manifesta principalmente pela perda progressiva de sensibilidade

partir

das

extremidades

dos

membros

inferiores

superiores. Esta doença é transmitida de forma autossómica dominante e revela-se

adulto,

segunda

terceira

década

vida,

desenvolvendo-se durante cerca de dez a quinze anos com uma evolução letal.

média,

longo

anos

doente

manifesta

uma

sintomatologia cada vez mais grave que passa pelo mau funcionamento da bexiga

sistema

digestivo,

pela

desnutrição

grave

magreza

acentuada, pela dificuldade de movimento cada vez maior e pela falta acentuada de sensibilidade dos membros, o que leva quase sempre à morte. 2 – Preencha para cada paciente a respectiva folha de diagnóstico. 3 – Que conclusões se podem tirar do diagnóstico do Jorge? Conclui-se que o Jorge é heterozigótico, ou seja, tem um gene responsável pela doença e um gene normal. 4 – Quais são os riscos de algum dos filhos do Jorge vir a sofrer de Paramiloidose? Como a doença é autossómica dominante, a probabilidade dos filhos serem doentes é de 50%. 5 – De que modo os resultados dos testes genéticos da Irene e do Tiago podem afectar a sua vida futura? Afectam a sua vida porque, caso se verifique que a criança vai ser doente, a forma como a família e os amigos vão olhar para ela será diferente, assim como todo o modo de lidar com ela. Sabendo que a criança tem um futuro marcado pela doença, será que vale a pena investir na educação dela? Será aceitável fazer planos para o seu futuro, uma vez que muito certamente 45

não viverá até muito tarde? Estas questões surgem com muita certeza nestes casos. 6 – Comente a decisão do Jorge e da mulher de fazer o diagnóstico genético aos filhos, uma vez que esta doença tem uma manifestação tardia. Não o deveriam ter feito. Desta forma, podem fazer a distinção entre os filhos, sendo que um será saudável e outro terá a doença. Não só não é recomendável este diagnóstico como não é legal. Para doenças genéticas de manifestação tardia o diagnóstico só pode ser requisitado pelo próprio indivíduo e apenas quando este atingir a maioridade, ou seja, os 18 anos.

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 28 anos

Nome: Jorge

□ □

Sexo: M X F

Registos 1

5 Identificação das amostras: Jorge 1 – __________________________________________________ Irene 2 – __________________________________________________ Tiago 3 – __________________________________________________ Controlo (normal) 4 – __________________________________________________ Controlo (mutação TTR) 5 – __________________________________________________

Paramiloidose Diagnóstico de: _______________________________________________________

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) X

Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 4 anos

Nome: Irene Sexo: M

X □F□

Registos 1

Paramiloidose Diagnóstico de: _______________________________________________________

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) X

Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 1 ano

Nome: Tiago

□ □

Sexo: M X F

Registos 1

Paramiloidose Diagnóstico de: _______________________________________________________

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

PROPOSTAS CLÍNICO

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES REFERENTES AO CASO

1 – Faça uma pesquisa sobre a Fibrose Quística, de modo a identificar os seus principais sintomas, a incidência na população, e o(s) cromossoma(s) onde se localiza(m) o(s) gene(s) responsável(eis) pela doença. A fibrose quística é considerada uma das doenças autossómicas recessivas mais comuns, afectando 1 em cada 2000 pessoas. Os sintomas clínicos da CF incluem doença pulmonar crónica, insuficiência pancreática e aumento da concentração de electrólitos. A causa desta doença parece ser uma

mutação

gene

que

codifica

regulador

condutância

transmembranar da fibrose quística (CFTR), uma proteína membranar envolvida no transporte de vários iões através da superfície epitelial. Foram identificadas várias mutações responsáveis pela codificação da proteína CFTR não funcional. A mais comum, responsável por cerca de metade dos casos de CF, denomina-se delta F508. Trata-se de uma delecção de três bases, da qual resulta a perda de uma fenilalanina na posição 508 da proteína. 2 – Preencha para cada paciente a respectiva folha de diagnóstico. 3 – Que opções estão disponíveis para a Marta e para o Pedro? Podem realizar a amniocentese, pondo em risco a vida do feto e fazendo o teste da fibrose quística ou podem continuar na dúvida e esperar que a criança nasça. 4 – Imagine que eles fazem a amniocentese e o teste dá positivo, ou seja, o bebé apresenta Fibrose Quística. Que devem os pais fazer? Restam duas opções: continuar a gestação até ao fim ou realizar um aborto. 5 – Acha que o rastreio populacional de Fibrose Quística deve ser feito? Qualquer resposta deve ser aceite, desde que bem fundamentada.

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 27 anos

Nome: Marta Sexo: M

□ F X□

Registos 1

5 Identificação das amostras: Marta 1 – __________________________________________________ Pedro 2 – __________________________________________________ Controlo (normal) 3 – __________________________________________________ Controlo (mutação CF) 4 – __________________________________________________ 5 – __________________________________________________

Fibrose Quística Diagnóstico de: _______________________________________________________

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) X

Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

Laboratório Virtual de Biotecnologia

GENÉTICA MOLECULAR Folha de diagnóstico de mutações isoladas

Identificação do paciente Idade: 29 anos

Nome: Pedro

□ □

Sexo: M X F

Registos 1

Fibrose Quística Diagnóstico de: _______________________________________________________

Clinicamente normal (gene mutado ausente) Clinicamente doente (gene mutado presente em homozigotia) X

Clinicamente doente/Portador (gene mutado presente em heterozigotia) Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

PROPOSTAS CLÍNICO

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES REFERENTES AO CASO

1 – Faça uma pesquisa sobre o Cancro da Mama, de modo a identificar os seus principais sintomas, a incidência na população, e o(s) cromossoma(s) onde se localiza(m) o(s) gene(s) responsável(eis) pela doença. O cancro da mama afecta, aproximadamente, uma em cada 10 mulheres nos países ocidentais. Encontram-se duas formas de cancro da mama: uma forma esporádica, responsável pela grande maioria das situações, e uma forma hereditária, responsável por cerca de 5% a 10% de todos os cancros da mama e pela maioria dos que têm início precoce. Há diversos genes envolvidos no cancro da mama hereditário, sendo as mutações em BRCA1 e BRCA2 as que surgem com mais frequência. Outros genes envolvidos são: o HNPCC, o PTEN, o STK11, o ATM e o TP53. 2 – Preencha a folha de diagnóstico referente à Catarina. 3 – Que conclusões pode retirar do diagnóstico feito à Catarina? O resultado é inconclusivo dado que não existe uma clara expressão génica dos genes envolvidos no cancro da mama. 4 – Acha que a decisão da Diana de fazer uma mastectomia profilática dupla foi apropriada? Como precaução é uma medida aconselhada, no entanto, nada permite afirmar que a Diana iria desenvolver cancro da mama. O teste positivo indica apenas uma maior probabilidade de vir a desenvolver cancro que o resto da população humana. Não permite garantir que tal iria suceder. 5 – Como aconselharia a Catarina, baseando-se nos resultados do exame genético efectuado? Qualquer resposta deve ser aceite, desde que bem fundamentada.

GENÉTICA MOLECULAR

Laboratório Virtual de Biotecnologia

Folha de diagnóstico de cancro

Identificação do paciente Idade: 36 anos

Nome: Catarina Sexo: M

X □F□

Registos CNR-120 Código do Chip de DNA: _________________ A

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (Assinalar os genes activos na amostra do paciente)

Diagnóstico

Clinicamente normal (padrão genético normal) Clinicamente doente (padrão genético anormal) X

Tipo de cancro diagnosticado: ________________________________

Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

PROPOSTAS CLÍNICO

DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES REFERENTES AO CASO

1 – Faça uma pesquisa sobre a AML e a ALL, de modo a identificar os seus principais sintomas, a incidência na população, e o(s) cromossoma(s) onde se localiza(m) o(s) gene(s) responsável(eis) pela doença. A leucemia aguda é uma doença que afecta os leucócitos e os seus percursores. É causada por um problema gerado ao nível da maturação dos glóbulos brancos, o que leva à produção de células imaturas que proliferam e substituem as células normais na medula óssea, sangue periférico e, frequentemente, no fígado, baço e nódulos linfáticos. Existem dois tipos de leucemia aguda: leucemia mielóide aguda (AML) e leucemia linfoblástica aguda (ALL). ALL é o tipo de leucemia que mais mortes causa entre os jovens com menos de 15 anos. Por seu lado, a AML é a forma de leucemia mais comum nos adultos. Até recentemente, a distinção entre AML e ALL era feita através do uso de

vários

testes

(histológicos,

imuno-histoquímicos,

citogenéticos,

moleculares), todos efectuados em laboratórios altamente especializados. Apesar de serem geralmente precisos no diagnóstico, ocorriam vários erros no diagnóstico de pacientes. Dado que os dois tipos de leucemia têm tratamentos clínicos distintos, é imperativo identificar o tipo de leucemia que afecta o paciente, para que esse paciente possa receber o tratamento adequado. Actualmente, já é possível diagnosticar o tipo de leucemia aguda que afecta um paciente através do uso de chips de DNA. 2 – Preencha a folha de diagnóstico para o Sr. Silva. 3 – Estava o primeiro diagnóstico bem feito? Não. Tinha-lhe sido diagnosticado o tipo errado de leucemia aguda. 4 – Que poderia ocorrer, caso ele não tivesse feito novo exame de diagnóstico? Ele iria ser submetido a um tratamento clínico desajustado para o seu problema, o que se iria reflectir na evolução da doença. 5 – Até que ponto este género de exame pode ser vantajoso? Neste caso, o novo tipo de diagnóstico com recurso a chips de DNA é vantajoso porque permite um diagnóstico mais correcto e confere um maior

grau de fiabilidade o que se reflecte na certeza da escolha do tratamento clĂnico adequado.

GENÉTICA MOLECULAR

Laboratório Virtual de Biotecnologia

Folha de diagnóstico de cancro

Identificação do paciente Idade: 58 anos

Nome: Sr. Silva

□ □

Sexo: M X F

Registos CNR-120 Código do Chip de DNA: _________________ A

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (Assinalar os genes activos na amostra do paciente)

Diagnóstico

Clinicamente normal (padrão genético normal) X

Clinicamente doente (padrão genético anormal)

ALL Tipo de cancro diagnosticado: ________________________________

Inconclusivo

O Geneticista responsável: Dr.(a) _________________________________________

MOMENTO 3 > Reflectir

OBJECTIVOS DO MOMENTO 3 -

Construir

valores

atitudes

conducentes

tomada

decisões

fundamentadas relativas a problemas da Biotecnologia - Analisar implicações futuras do desenvolvimento da Biotecnologia e da Biologia Molecular na sociedade e na qualidade de vida dos seres humanos - Desenvolver competências de comunicação - Incentivar o interesse pela Biotecnologia - Desenvolver atitudes positivas face à Ciência

RECURSOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DO MOMENTO 3 - Texto “O Poder da Informação Genética”

DESCRIÇÃO DO MOMENTO 3 O momento 3 (Reflectir) do Laboratório Virtual de Biotecnologia é dedicado à reflexão sobre as possíveis implicações morais e éticas destas tecnologias recentes na sociedade do presente e do futuro. Propõe-se que os alunos analisem um texto, discutam em pequeno grupo o caso exposto nesse texto e, finalmente, alarguem essa discussão ao grupo-turma.

PROPOSTAS DE SOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE DISCUSSÃO DO TEXTO “O PODER DA INFORMAÇÃO GENÉTICA” 1 – Desenvolva um protocolo laboratorial para o processo utilizado para rastrear os genes considerados pelo banco “de risco”. Qualquer resposta deve ser aceite, desde que esteja cientificamente correcta e mencione qualquer uma ou mais das técnicas estudadas previamente neste laboratório. 2 – Discuta a validade dos resultados obtidos por esse exame. Os resultados apenas indicam uma maior probabilidade do André vir a desenvolver cancro que o resto da população. Não garante esse resultado. 3 – Relacione o gene TP53 com a probabilidade de desenvolver cancro. O gene TP53 é considerado um supressor tumoral. Deste modo, qualquer mutação que inactive esse gene aumenta a probabilidade do indivíduo portador da mutação vir a desenvolver um tumor. 4 – Analise criticamente o modo como foi requisitada a análise de sangue da qual se fez a análise genética. Qualquer resposta deve ser aceite, desde que bem fundamentada. 5 – Discuta a legitimidade do banco em fazer esse exame genético aos seus clientes. Qualquer resposta deve ser aceite, desde que bem fundamentada. 6 – Analise os aspectos éticos envolvidos nesta situação e decida sobre quem deverá ser detentor da informação genética de cada um. Qualquer resposta deve ser aceite, desde que bem fundamentada. 7 – Faça uma lista com as regras que considerar importantes na obtenção e utilização da informação genética de cada pessoa. Qualquer resposta deve ser aceite, desde que bem fundamentada.