Engenharia Genética Autores: Élio Catarino Jessica Reis Oriana Rocha Sofia Brito
1ª Edição
Engenharia Genética Biologia 12º ano – 12º B 2012/2013
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Índice Introdução - O que é a engenharia genética? Pág. 4 História da engenharia genética; Pág. 5 Época da manipulação genética; Pág. 6 Mapeamento genético; Pág. 7 Clonagem; Pág. 8 A Ovelha Dolly; Pág. 9 Clonagem Reprodutiva; Pág. 10 Clonagem Humana; Pág. 11 Clonagem Terapêutica; Pág. 12 Organismo geneticamente modificados. Pág. 13 Aplicações; Pág. 14 Vantagens e desvantagens da utilização dos OGM’s; Pág. 15 Introdução do DNA nas células; Pág. 16 Engenharia genética e as pesquisas; Págs. 17 e 18 Polémicas; Pág. 19 Conclusão; Pág. 20 Sítiografia/Bibliografia; Pág. 21
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Introdução – O que é a engenharia genética A Engenharia Genética é o termo usado para descrever as técnicas modernas em biologia molecular que vem a revolucionar o antigo processo da biotecnologia. Pode também ser explicada como o conjunto de técnicas capazes de permitir a identificação, manipulação e multiplicação de genes em organismos vivos, é uma ciência recente que tem possibilitado a realização de experiências na área da genética, com resultados bastante surpreendentes sobre a vida. A Engenharia Genética consiste na utilização de tecnologias que permitem alterar o genoma de organismos, inserindo um ou mais genes no DNA, ou silenciando a expressão de um gene já existente. O objectivo da engenharia genética é adicionar ou retirar características de seres vivos para benefício do homem.
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História da Engenharia Genética 1930 - Dois pesquisadores norte-americanos demonstraram a regulação pelos genes da produção de proteínas e enzimas e a conseqüente intervenção nas reações dos organismos dos animais. A partir destas pesquisas, teve início o progresso de descoberta da estrutura genética humana. 1944
-
Pesquisando
a
cadeia
molecular
do
ácido
desoxirribonucleico (DNA), ou (RNA), descobriu que este é o componente cromossômico que transmite informações genéticas. 1953-
conseguiram
mapear
boa
parte
da
estrutura
da molécula do DNA. 1961- Descobriram que o principal responsável pela síntese é o DNA, que passou então a ser o elemento central das pesquisas de engenharia genética. 1972 - Ligou duas cadeias de DNA. Uma era de origem animal, a outra bacteriana. Esta foi a primeira experiência bem sucedida onde foram ligadas duas cadeias genéticas diferentes, e que é considerada por muitos autores o início da criação sintética de produtos de engenharia genética. 1978 - O suíço Werner Arber e os norte americanos Daniel Nathans e Hamilton O. Smith foram laureados com o Prêmio Nobel de medicina ou fisiologia por terem isolado as enzimas de restrição, que são substâncias capazes de cindir o DNA controladamente em pontos precisos. Juntamente
com
a Ligase,
que
consegue
unir
fragmentos
de
ADN, enzimas de restrição formaram a base inicial da tecnologia do ADN recombinante.
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Época da manipulação genética A época da manipulção consistia na manipulação de mensagens genéticas expressas em fragmentos de sequências que compõe o código hereditário, os nucleotídos. A partir deste momento a engenharia genética passou a cortar ou modificar as moléculas de DNA, utilizando enzimas específicas. As ligases enzimas que agem para unir a cadeia fragmentada começaram a ser descobertas e sintetizadas para manipulação genética. A introdução de fragmentos de DNA contendo genes de interesse numa célula, só culminará na reprodução da mensagem genética de tal gene, se estiver contido, num vetor de clonagem apropriado. Esses vectores contém sequências de regulação importantes para que a maquinaria celular possa ler e ler correctamente a informação contida no gene. Os vectores que são responsáveis pelo processo, podem ser plasmídios, vírus, e outros também, manipulados geneticamente. Como os plasmídios são sequencias circulares de DNA, que se produzem de forma autónoma e são elementos genéticos extracromossomicos, tornaram-se portanto, ideais para a transmissão de informação genética.
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Mapeamento genético Através da tecnica de hibridização in situ os genes dos cromossomas podem ser mapeados, ou seja, as celulas de um organismo são retiradas e são feitas varias copias do DNA. Podemos tambem identificar nos cromossomas, genes que causam certas doenças.
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Clonagem O termo clone foi criado em 1903 pelo botânico Hebert J. Webber enquanto pesquisava plantas no Departamento de Agricultura dos Estados Unidos. Segundo Webber, clone provém do grego klón que significa broto vegetal. Este termo representa um conjunto de células, moléculas ou organismos descendentes de uma outra célula e que são geneticamente idênticas à célula original. Desta forma, a clonagem é um processo de reprodução assexuada onde são obtidos indivíduos geneticamente iguais a partir de uma célula mãe. É um mecanismo comum de propagação de espécies de plantas, bactérias e protozoários. Em humanos, os clones naturais são gémeos univitelinos, seres que compartilham do mesmo DNA, ou seja, do mesmo material genético originado pela divisão do óvulo fertilizado.
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Ovelha Dolly Os clones não chamaram muita atenção durante anos, pois a clonagem se restringia principalmente a plantas e protozoários. Porém em 1996, um anúncio marcou a história da genética. O escocês Ian Wilmut com a colaboração de uma empresa de biotecnologia conseguiram a proeza de mostrar que era possível a partir de uma célula somática diferenciada clonar um mamífero, tratava-se de uma ovelha de raça Finn Dorset chamada de Dolly. O maior feito dos cientistas, foi fazer com que uma célula adulta se tornasse totipotente (célula-tronco) de novo. As células totipotentes possuem a capacidade de se diferenciarem em diferentes tipos de células, em um processo antes considerado irreversível. Como foi realizado o processo de clonagem da ovelha Dolly?
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Clonagem Humana Os cientistas podem clonar células para a produção de células estaminais com fins terapêuticos, como o tratamento da doença de Parkinson e, para a produção de um embrião que implantado no útero de uma mãe hospedeira dará origem a um ser humano geneticamente idêntico ao original.
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Clonagem Reprodutiva A Clonagem Reprodutiva é pretendida para produzir uma cópia de um indivíduo existente. É utilizada a técnica chamada de Transferência Nuclear (TN): Baseia-se na remoção do núcleo de um óvulo e substituição por um outro núcleo de outra célula somática. Após a fusão, vai havendo a diferenciação das células. Depois de cinco dias de fecundação, o embrião já com 200 a 250 células, é chamado blastócito. É nesta fase que ocorre a implantação do embrião na cavidade uterina. O blastócito apresenta as células divididas em dois grupos: camada externa (trofoectoderma), que vai formar a placenta e o saco amniótico; e camada interna que dará origem aos tecidos do feto. Após o período de gestação surge um indivíduo com um património genético idêntico ao do doador da célula somática.
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Clonagem Terapêutica A Clonagem Terapêutica é um procedimento cujos estágios iniciais são idênticos a clonagem para fins reprodutivos, difere somente no facto do blastocisto não ser introduzido num útero. O blastocisto é utilizado em laboratório para a produção de células totipotentes a fim de produzir tecidos ou órgãos para transplante. Esta técnica tem como objectivo produzir uma cópia saudável do tecido ou do órgão de uma pessoa doente para transplante. As células totipotentes são classificadas em dois tipos: . Células totipotentes embrionárias; . Células totipotentes adultas. As células totipotentes embrionárias são particularmente importantes porque são multifuncionais, isto é, podem ser diferenciadas em diferentes tipos de células. Podem ser utilizadas no intuito de restaurar a função de um órgão ou tecido, transplantando novas células para substituir as células perdidas pela doença, ou substituir células que não funcionam adequadamente devido a um defeito genético, como por exemplo, doenças neurológicas, diabetes, problemas cardíacos, derrames, lesões da coluna cervical e doenças sanguíneas. Por sua vez, as células totipotentes adultas não possuem essa capacidade de se transformar em qualquer tecido, isto é, as células musculares vão originar células musculares, as células de fígado vão originar células de fígado, e assim por diante.
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Organismos geneticamente modificados OGM’S são organismo que sofreram modificações em relação ao se património genético. Ou seja, através da tecnologia do DNA recombinante pode alterar-se o material genético, incluindo características genéticas num determinado organismo que, de outra forma, nunca as poderia possuir ou possuía em menor grau. De um modo geral, a inclusão de genes num novo organismo pretende conferir características relacionadas com capacidade de resistir a doenças e pragas e com a melhoria do valor nutricional. Para se obter organismo geneticamente modificados recorre-se a técnica do DNA recombinante que utiliza ferramentas especificas tais como as enzimas de restrição, que funcionam como tesouras, pois cortam o DNA. No entanto, não o cortam ao acaso mas sim em locais específicos, ou seja, permitem cortar a parte que contem o gene ou genes escolhidos. Outra ferramenta importante são as DNA-ligases, enzimas que permitem a colagem entre as pontas de dois segmentos de DNA. Os vectores são mais uma ferramenta importante para este processo, pois são eles que vão transportar o material genético a ser incluído no novo organismo. Os plasmídeos e o vírus são os vectores mais utilizados: os primeiros usam-se mais para organismos vegetais e os segundos para animais. Por último temos os promotores, genes que acompanham o material genético a ser inserido, garantindo a expressão do gene ou genes que foram transferidos.
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Aplicações Os organismos geneticamente modificados (OGM) são as aplicações mais conhecidas da engenharia genética. Existem muitas aplicações biotecnológicas da modificação genética possíveis, por exemplo, vacinas orais produzidas nas frutas. Estas pela simplicidade de produção têm baixo custo. Isto representa um desenvolvimento das modificações genéticas para usos médicos e abre uma porta ética para o uso da tecnologia para a modificação de genes humanos. Uma das maiores ambições de alguns grupos de pesquisadores é a possibilidade da melhoria das capacidades humanas físicas e mentais pelo uso da engenharia molecular. Graças à engenharia genética é possível a produção de determinados medicamentos, tais como: insulina, para as diabetes e a utilização de células-tronco em pesquisas para tratamento de doenças degenerativas.
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Vantagens e desvantagens da utilização dos OGM’s Vantagens : Aperfeiçoamento das propriedades nutritivas; Produção em grande número de vários alimentos; Aumento da resistência das novas espécies: as pragas e doenças; As novas espécies ficam mais resistentes a herbicidas; Os herbicidas tornam-se mais tolerantes as condições ambientais adversas; Produção de espécies com novas características desejáveis. Desvantagens: As ervas daninhas ficam mais resistentes o que pode dar origem a novas doenças; Possível amento dos sintomas de alergia a certos alimentos; Empobrecimento da biodiversidade; Aparecimento de novos vírus na Natureza; Prejudicação do tratamento de doenças em homens e animais, devido à existência de genes resistentes a antibióticos em várias plantações.
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Introdução do DNA nas células O DNA (ácido desoxirribonucleico) é a parte mais importante de cada célula. Ele contém informações vitais que passam de uma geração à outra. O DNA coordena sua fabricação, assim como a de outros componentes das células, como as proteínas. Pequenas alterações do DNA podem ter consequências graves, e a sua destruição leva à morte celular. As mudanças no DNA das células em organismos multicelulares produzem variações nas características da espécie. Durante muito tempo, a selecção natural actua sobre essas variações para desenvolver ou mudar a espécie. Curiosidade: O DNA é tão importante que o governo dos Estados Unidos gastou muito para mapear a sequência de DNA no genoma humano na esperança de compreender e descobrir curas para muitas doenças genéticas. Finalmente, do DNA de uma célula, podemos clonar um animal, uma planta ou, quem sabe no futuro, até um ser humano.
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Engenharia genética e as pesquisas Apesar da grande evolução da genética nos últimos vinte anos, ainda existe muito para pesquisar. A contar com o projecto de pesquisa do genoma humano e dos genomas de vegetais e animais significativos. O crescimento dos processos para as descobertas e os acessos para a informação da compreensão genética tornaram-se uma realidade. Uma enorme quantidade de sequências de nucleótidos já foram divulgadas na Internet e verificadas pelos mais diferentes institutos de pesquisas. Actualmente o maior desafio é esclarecer as funções das redes complexas de interacção das proteínas. A Engenharia Genética tornou-se preciosa nas pesquisas sobre proteínas, onde se pode utilizar técnicas que permitam:
A perda de função da proteína, através da deleção. Geralmente um gene apenas, do genoma de um organismo, é nocauteado por vez. E preferencialmente este tipo de ensaio é feito em organismos simples, unicelulares, onde é mais fácil analisar o fenótipo. Se o organismo com o gene inactivado apresentar alguma característica incomum, esta será associada a proteína em estudo. Desta forma é possível determinar e analisar defeitos causados por mutação em proteínas. E pode ser considerado útil porque não causa danos em genes. Esta técnica é utilizada na determinação da função de uma proteína.
A localização celular e identificação de interacções duma proteína desejada. Uma forma de fazer isso é substituir um gene selvagem por um gene de fusão, que é o próprio gene teste fusionado a um gene repórter, como o da proteína verde fluorescente (GFP, da sigla em inglês) por exemplo. Assim a visualização desta proteína de fusão, uma coloração verde fluorescente permite localizar a proteína em estudo. 17
Esta técnica é útil, mas a fusão pode alterar algumas funções dos genes teste pela criação de efeitos colaterais e tornando questionáveis os resultados da experiência. Técnicas mais sofisticadas permitem a visualização de proteínas com alteração de suas funções.
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Polémicas O desenvolvimento da engenharia genética lida com problemas legais e éticos. Um dos principais factores que exigem um controle rígido pela sociedade organizada, e tem gerado polémicas ético-morais, é a manipulação do genoma de seres vivos com fins eugénicos, ou seja, a de purificação da espécie. Outro caso é a retirada de células-tronco de embriões humanos, principalmente contrariada por religiões, que consideram o ato uma agressão à vida.
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Conclusão Assim, concluímos que a engenharia genética é a expressão utilizada para descrever as técnicas actuais em biologia molecular que vem a subverter o velho método da biotecnologia. Pode também ser explicada como o grupo de técnicas aptas para possibilitar o reconhecimento, manuseamento e reprodução de genes em organismos vivos, é uma ciência recente que tem possibilitado a execução de testes no âmbito da genética, com resultados bastante inesperados sobre a existência.
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SĂtiografia/Bibliografia http://www.slideshare.net/esas/transgnicos-5459398 http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_gen%C3%A9tica http://www.colegioweb.com.br/biologia/engenharia-genetica
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Biologia 12º ano Engenharia Genética 22