Colégio Espaço – COC Sistema de Ensino

Alexandre Magno – nº01

Andre Luis Batista Pinto – nº02

Anna Beatriz Niterói Pedrol Martins de Souza – nº03

Athila Braojos – nº04

Ayrton Rodrigues – nº05

Bruno Gonçalves Ferreira – nº06

Biotecnologia – Tecnologia do DNA Recombinante

Biologia – frente 141

Professora: Karla Samire

Atibaia/SP

Outubro de 2013

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3

2. DESENVOLVIMENTO........................................................................................... 4

2.1 Cronologia................................................................................................................. 4

2.2 Definição e Formação................................................................................................ 5

2.3 Utilização................................................................................................................... 8

2.4 O lado positivo.......................................................................................................... 9

2.5 Riscos......................................................................................................................... 9

2.6 Curiosidades............................................................................................................. 10

3. CONCLUSÃO.......................................................................................................... 12

4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................. 13

3

1. Introdução

Quando o genoma de uma planta, de um animal ou de um micro-organismo é

modificado, alterando-se os genes existentes ou incorporando-se genes de outro organismo, as

características ou fenótipo desse organismo também se alteram, resultando em um Organismo

Transgênico ou Organismo Geneticamente Modificado (OGM). Se estes genes forem

herdáveis, a descendência também será alterada.

A Engenharia Genética ou Tecnologia do DNA Recombinante é um conjunto de

técnicas que permite aos cientistas identificar, isolar e multiplicar genes de quaisquer

organismos, manipulando propositalmente o material genético para alterar as características

de um organismo de uma forma desejada.

O prof. Antônio Paes de Carvalho define Biotecnologia como “o conjunto de

conhecimentos técnicos e métodos, de base científica ou prática, que permite a utilização de

seres vivos como parte integrante e ativa do processo de produção industrial de bens e

serviços”.

Figura 1 - Sátira de uma recombinação gênica

4

2. Desenvolvimento

2.1 Cronologia

De 1859 a 2010, muita coisa aconteceu na área da genética. Descobertas foram feitas e

estudos criados. Segue uma lista cronológica simplificada de alguns fatos importantes,

incluindo dados sobre o DNA Recombinante:

1859 – Publicação de “A Origem das Espécies”, de Charles Darwin.

1869 - Friedrich Miescher isola o DNA pela primeira vez, ao qual dá o nome de

nucleína.

1909 – Cria-se o termo gene para descrever as unidades mendelianas de

hereditariedade.

1911 – Experiência com moscas de frutas confirmam a hereditariedade de mutações

específicas.

1944 - Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty demonstram que o DNA é

hereditário.

1953 - James Watson e Francis Crick descrevem pela primeira vez a estrutura do

DNA.

1956 - Joe Hin Tjio define o número de cromossomos humanos em 46.

1958 - Crick relaciona o DNA, o RNA e as proteínas, salientando o fluxo

unidirecional da informação, do DNA à proteína.

1972 - Stanley Cohen e Herbert Boyer fazem a primeira manipulação de DNA em

laboratório e criam o DNA recombinante.

1977 - Frederick Sanger, Allan Maxam e Walter Gilbert desenvolvem método de

sequenciamento de DNA.

5

1981 – São criados os primeiros animais transgênicos: ratos e moscas de frutas.

1982 – Primeira droga produzida por DNA Recombinante no mercado: Insulina

humana

1983 – Primeiro gene de doença humana – o da doença de Huntington - é mapeado.

1985 – A reação em cadeia da polimerase é inventada acelerando os avanços da

engenharia genética.

1985 – Comercialização de hormônio do crescimento: primeiro produto recombinante

farmacêutico a ser comercializado.

1990 – Lançamento do Projeto do Genoma Humano. É criada a primeira vaca

transgênica para produzir leite com proteínas do leite humano.

1994 – Alimentos geneticamente alterados começam a ser comercializados nos EUA.

1996 – Começa projeto piloto do sequenciamento do genoma humano.

1997 – A ovelha Dolly é clonada.

2000 – O arroz dourado, enriquecido com betacaroteno, foi desenvolvido na

Alemanha.

2003 -- Após ser diagnosticada com artrite degenerativa, ovelha Dolly é abatida.

2007 – James D. Watson e J. Craig Venter são os primeiro indivíduos a terem seus

genomas individuais completamente sequenciados

2010 – Cientistas criam célula a partir de genoma sintético.

2.2 Definição e Formação

DNA Recombinante é um tipo de DNA artificialmente criado através da inserção de

um ou mais pedaços de DNA em um diferente conjunto de DNA. É usado na modificação

6

genética para criar organismos completamente novos, adicionando artificialmente pequenos

pedaços de DNA de um organismo em outra criatura existente. O termo pode ser simplificado

por rDNA.

A produção de DNA recombinante envolve, basicamente, três processos:

1º) A manipulação do DNA in vitro, produzindo fragmentos de DNA de fontes

diferentes que contenham as sequencias gênicas de interesse;

2º) A recombinação do DNA de um outro organismo com – normalmente – o DNA

bacteriano em um fago ou plasmídio chamado vetor.

3º) A clonagem, ou produção de muitas progênies geneticamente idênticos, de fagos

ou plasmídios que carregam o DNA exógeno, de modo que elas se repliquem e então se

expressem.

Figura 2 - Produção de rDNA

O desenvolvimento desta nova tecnologia só foi possível pela descoberta das enzimas

de restrição. Este tipo de enzima atua como uma espécie de "tesoura biológica" que, após

7

reconhecer determinada sequencia nucleotídica, faz corte bifilamentar na ligação açúcar-

fosfato da molécula de DNA, produzindo fragmentos. Essas enzimas são produzidas

naturalmente por bactérias – Escherichia coli ou E. coli – como forma de defesa contra

infecção viral, onde clivam em diversos fragmentos o material genético dos vírus, impedindo

sua reprodução na célula bacteriana. Em contrapartida, a bactéria protege seu próprio DNA

dessa degradação, modificando sua sequencia de reconhecimento pela adição de grupos

metila, fenômeno conhecido como metilação.

As enzimas de restrição são divididas em várias classes, dependendo da estrutura, da

atividade e dos sítios de reconhecimento e clivagem, e atualmente, mais de 1000 enzimas de

restrição já foram identificadas. O DNA bacteriano pode se recombinar com DNA humano,

vegetal ou de qualquer outra espécie, abrindo a possibilidade de clonar ou isolar proteínas das

mesmas.

Figura 3 - Enzimas de restrição

No processo de obtenção do rDNA, a mesma enzima de restrição que clivou (cortou) o

gene do DNA é utilizada para clivar o plasmídio (material genético circular não ligado ao

8

cromossomo que fica espalhado pelo hialoplasma das bactérias) bacteriano. A seguir o

plasmídio clivado é misturado com os fragmentos de DNA (contendo o gene) e uma enzima

chamada ligase “cola” os fragmentos ao plasmídio produzindo o rDNA. Isso feito, o rDNA é

introduzido em uma bactéria hospedeira.

A bactéria hospedeira é colocada em um meio nutritivo seletivo, apenas aquelas que

possuem o DNA recombinante crescem, formando colônias. Após muitas gerações de

bactérias, o produto da expressão dos genes, as proteínas desejadas, é purificado das bactérias,

e então pode ser utilizado.

2.3 Utilização

O DNA Recombinante tem diversas utilizações, entre elas:

Criação de plantas mais resistentes, por exemplo, à seca;

Criação de novas vacinas como Hepatite B;

Plantas resistentes a pragas;

Produção de insulina artificial em escala industrial;

Modificação de leveduras para potencializar a produção de álcool no setor de

combustíveis;

Melhoramento genético de linhagens de bactérias importantes para o setor alimentício;

Uso de células modificadas na biorremediação;

Estudar mecanismos de replicação e expressão gênica;

Determinação da sequência de um gene (e por tabela a proteína que ele codifica);

Desenvolvimento de 'novas' culturas microbianas;

Produção de hormônio do crescimento e vacinas;

Investigação de paternidade, investigações criminais e outras aplicações forenses;

Diagnóstico de doenças genéticas e infecciosas;

Terapia gênica, que é a transferência direta de genes em humanos para tratar uma

doença;

Produção de transgênicos;

9

Produção de fármacos, como fatores de coagulação, ativador plasminogênio (usado

para dissolver coágulos sanguíneos em pacientes com ataques cardíacos);

Estão sendo testadas drogas oligonucleotídicas para o tratamento de AIDS e câncer.

Aumento da eficácia de diversos processos industriais que nos desempenham papeis

importantes;

Melhoramento genético de animais para que produzam mais leite, para que

desenvolvam maior massa corporal para produção de carne, ou mesmo para produção

de carne com menos colesterol;

Sequenciamento individual do DNA.

2.4 O lado positivo

A tecnologia do DNA Recombinante pode ser utilizada para fins nobres, como

melhorar a qualidade de vida das pessoas. O aumento da expectativa de vida através do

tratamento mais barato e acessível de diabéticos é um exemplo disso.

2.5 Riscos

Uma preocupação é de haver escape gênico de plantas geneticamente modificadas e

consequente contaminação de plantas nativas, o que acarretaria em desequilíbrio ecológico,

mas a extensão e o efeito dessa transferência ainda são incertos. Outra preocupação abrange

questões de saúde pública associadas à presença de produtos transgênicos em alimentos

naturais, pois não se sabe quais são as consequências ao organismo humano que possam

ocorrer em longo prazo.

Apesar dos grandes benefícios potenciais da pesquisa do DNA recombinante, de início

alguns cientistas que trabalhavam com esta técnica estavam preocupados com os perigos. Eles

10

temiam que alguns recombinantes pudessem mostrar patógenos novos e especialmente

virulentos para os quais o ser humano não teria nenhuma defesa natural ou tratamento eficaz.

Em 1974, os cientistas pediram um adiamento de determinadas experiências até que os

perigos pudessem ser avaliados. A partir dessa avaliação, surgiu a ideia de contenção

biológica, ou seja, a prática de se produzir DNA recombinante somente em organismos com

mutações que os impediriam de sobreviver fora do laboratório.

Em 1981, os obstáculos à pesquisa do DNA recombinante foram superados devido ás

seguintes observações:

1º Nenhuma doença nos pesquisadores de laboratório pôde ser relacionada aos recombinantes;

2º A cepa de E. coli utilizada nos experimentos não infectou os seres humanos que

voluntariamente a receberam em grandes doses;

3º A incorporação de genes de mamíferos na E. coli foi observada na natureza, e estes genes

prejudicaram invariavelmente a capacidade dos organismos de se adaptarem ao meio

ambiente. Isto sugere que se os organismos de laboratório realmente escapassem, eles

provavelmente não sobreviveriam no ambiente natural.

4º Mutantes de E. coli contendo DNA recombinante foram sujeitos ao controle por práticas

sanitárias aceitas.

2.6 Curiosidades

Muitas pessoas amariam a ideia de ter um bichinho de estimação que brilha no escuro,

não? Pois é, o interesse pela fluorescência não é exclusivo de crianças ou daqueles com uma

mente mais inventiva. Mais do que um brinquedo, a fluorescência pode ser de grande

utilidade para a ciência.

De fato, uma das ferramentas cientifica mais útil desenvolvida nos últimos anos foi a

GFP (Green Fluorescent Protein).

11

A GFP é utilizada na produção do rDNA basicamente para indicar se um gene

introduzido em um organismo foi transferido para o núcleo da nova célula e está a ser

expresso normalmente.

Os cientistas introduzem o gene de interesse e o gene de GFP na célula. Se o gene de

interesse tiver sido introduzido com sucesso, então também GFP será introduzido com

sucesso, e as células ou organismo de introdução irá apresentar uma característica cor

fluorescente.

12

3. Conclusão

DNA Recombinante é um hibrido obtido da união de moléculas de DNA de origens

diferentes. Por exemplo, uma molécula de DNA contendo hormônio insulina é fragmentado e

isolado da célula por uma enzima de restrição. A mesma enzima realiza também esse processo

no plasmídeo de uma bactéria (E. coli). A junção dos dois fragmentos de DNA e ligase,

transforma o plasmídeo em um rDNA que volta para a bactéria. Essa bactéria cresce e

multiplica-se, passando para seus descendentes o hormônio da insulina. Desse modo, a

insulina pode ser produzida mais rapidamente e em uma escala muito maior, reduzindo custos

e aumentando a disponibilidade no mercado.

A produção de insulina é apenas um exemplo do muito que o DNA Recombinante

pode fazer. Apesar do receio de alguns cientistas em relação aos riscos, como efeitos

colaterais, extinção de espécies menos desenvolvidas, adaptação de vírus e doenças nocivas,

entre outros, essa tecnologia pode ser utilizada para fins nobres, como melhorar a qualidade

de vida das pessoas e o aumento da expectativa de vida por meio de aperfeiçoamento de

tratamentos e medicamentos.

13

4. Referencias Bibliográficas

http://www.news-medical.net/health/Recombinant-DNA-What-is-Recombinant-DNA-

(Portuguese).aspx

http://www.youtube.com/watch?v=1DHQFDldgrI&hd=1

http://www.glofish.com/about/glofish-display/

http://www.wisegeek.org/what-is-recombinant-dna.htm

http://ingeniousnws.blogspot.com.br/2013/04/a-tecnologia-do-dna-recombinante-base.html

http://www.ufpel.edu.br/biotecnologia/gppgb/site/content/paginadoprofessor/uploadsprofesso

r/ac94566076472aabcc42716e63fe381a.pdf?PHPSESSID=7f78fa3aa822bfd981318df0d1ffd4

e0

http://www.uff.br/gcm/GCM/graduacao_arquivos/aulas/farmacia/auladnarecomb.pdf

http://www.hottopos.com/regeq10/rafael.htm

https://docs.google.com/presentation/d/1SF3tD1XFWnfwKs5l8lwrV0qK5aPrLQbgFaUOYW

vXO4o/edit?pli=1#slide=id.i73

http://www.webartigos.com/artigos/a-tecnologia-do-dna-recombinante-e-suas-multiplas-

aplicacoes/10701/

http://ultimosegundo.ig.com.br/genomahumano/cronologia-os-passos-ate-o-

genoma/n1237680683236.html

http://www.gene.com/media/company-information/chronology

http://library.thinkquest.org/24355/data/light/details/media/recombinantanim.html

http://www2.iq.usp.br/docente/nadja/QBQ3401_aula9.pdf

http://www.slideshare.net/fernandomorimiyazawa/aula-12-tecnologia-do-dna-recombinante

http://www.libertaria.pro.br/tdna_recombinante_intro.htm#3

http://3.bp.blogspot.com/-

27DwHS1mTcE/TZtpr5LS9PI/AAAAAAAABLI/22DGZxVPLb8/s1600/untitled.jpg

http://f5.folha.uol.com.br/bichos/951710-os-cinco-incriveis-animais-fluorescentes.shtml

http://biocuriosidadesnaradio.blogspot.com.br/2007/05/animais-fluorescentes-usando-

gfp.html

http://saude.hsw.uol.com.br/vegetarianos-e-proteina1.htm

https://sites.google.com/site/geneticaemmovimentoo/musicas

http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2004/dna/parte1.htm