Com. Dr. Miguel Curto Rodrigues Filho

Com. Dr. Miguel Curto
Rodrigues Filho
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PLANTAS
GENETICAMENTE
MODIFICADAS
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PEQUENO HISTÓRICO DA
BIO-TECNOLOGIA APLICADA À
ALIMENTAÇÃO:
1800 AC – O levedo é utilizado para a
produção de vinho, cerveja e pão.
1700 DC – São identificadas diversas
plantas híbridas.
1861 – Louis Pasteur desenvolve as
técnicas de pasteurização.
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1865 – Gregor Mendel conclui que certos
elementos invisíveis são os responsáveis
pela herança dos caracteres de uma
geração de ervilhas para outra.
1922 – São comercializadas pela primeira
vez sementes de milho híbrido.
1944 – Cientistas descobrem que o DNA
é o responsável pela transmissão da
informação hereditária.
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1953 – James Watson & Francis Crick
descobrem a estrutura e o código do DNA e
ganham o prêmio Nobel em 1962.
1970 – Norman Borlaug ganha o prêmio
Nobel por desenvolver variedades de trigo
de alta produtividade. (Revolução Verde).
1973 – Stanley Cohen & Herbert Boyer
conseguem a primeira transferência
genética.
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1982 – Iniciada a produção de insulina
humana em escala comercial.
1983 – São desenvolvidas as primeiras
plantas através da bio-engenharia.
1990 – A primeira enzima bio-modificada
para a fabricação de queijos é aprovada
nos EEUU.
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1992 – A FDA conclui que os alimentos
desenvolvidos pela bio-engenharia devem
ser regulamentados como aqueles
obtidos por métodos convencionais.
1994 – O primeiro produto transgênico
chega aos super-mercados, um tomate
que suporta maior tempo de
armazenamento.
1995 – A primeira soja transgênica é
introduzida no mercado.
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1997 – O governo dos Estados Unidos
aprova dezoito aplicações agrícolas
provenientes da bio-tecnologia.
1999 – É desenvolvido o “arroz dourado”
rico em beta-caroteno.
2000 – São colhidos 44 200 000
hectares na quinta safra de transgênicos
no mundo.
(James, 2000. ISAAA Briefs n° 21)
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PLANTAS
GENETICAMENTE
MODIFICADAS
PLANTAS
TRANSGÊNICAS
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A Planta Geneticamente Modificada
apresenta uma alteração no seu genoma,
geralmente pela adição de um gene
exógeno, obtida através de hibridizações
sucessivas ou por técnicas de engenharia
genética.
A Planta Transgênica apresenta no
seu material cromossômico genes
transferidos por biotecnologia.
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MELHORAMENTO GENÉTICO
CONVENCIONAL:
1. Cruzamento Intraespecífico: entre
cultivares da mesma espécie.
2. Cruzamentos Interespecíficos: entre
os cultivares e espécies selvagens
aparentadas. (milho, trigo, tomate, p.e.)
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Exemplo de cruzamento
interespecífico visando a
transferência de um gene de
resistência à ferrugem da folha
da espécie selvagem Avena
sterilis para a espécie cultivada
Avena sativa.
Na geração F1 o híbrido
mantém 50% do seu DNA
proveniente de cada espécie.
Selecionando-se os resistentes
e submetendo-os a novos
cruzamentos obtém-se uma
nova variedade que conterá
uma maior proporção do DNA
da A. Sativa e alguns trechos
do DNA da A. Sterilis incluindo
o gene de resistência.
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MELHORAMENTO GENÉTICO POR
INDUÇÃO DE MUTAÇÕES:
1. Por Agentes Químicos.
2. Por Radiações Ionizantes:
a. Raios X.
b. Raios Gama.
c. Neutrons.
(trigo, arroz, cevada, algodão, amendoim,
feijão e mais 1800 cultivares)
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Exemplo de indução de
mutação em sementes
de trigo sem aristas
submetidas à radiação
gama.
A análise dos
descendentes permitiu a
seleção de um mutante
com aristas, que
aumenta a superfície de
fotossíntese e resulta
em grãos com maior
conteúdo de amido.
(adapt. de Griffiths e cols., 1996)
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MELHORAMENTO GENÉTICO POR
ENGENHARIA GENÉTICA:
Através do isolamento, clonagem e
inserção de genes exógenos.
Estes genes são escolhidos e
identificados com precisão, e apresentam
função conhecida e desejada.
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Estrutura simplificada de um gene típico de
organismos eucarióticos:
PROMOTOR / SUPRESSOR EXON 1 INTRON EXON 2
Códon = seqüência de 3 nucleotídeos =
unidade de informação genética.
(1 códon = 1 aminoácido, 64 códons, 22 aa)
Exon = seqüência codificadora da proteína.
Intron = separadores.
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Isolamento de genes a partir
de tecidos ou células. As
moléculas de DNA são
clivadas por endonucleases
de restrição, gerando uma
infinidade de fragmentos, que
serão separados por
eletroforese em gel. Os
genes são, então,
identificados, através de
hibridização com sondas
específicas, separados, e
ligados a vetores de DNA
(plasmídios).
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O gene transferido pode ser uma
seqüência manipulada de DNA da própria
espécie ou de uma outra espécie que
apresente a característica procurada.
A engenharia genética permitiu que a
barreira à transferência genética entre
espécies e mesmo entre reinos fosse
ultrapassada, podendo ser transportados
genes de vírus, bactérias, plantas ou
animais.
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A transformação genética tornou possível,
também, a remoção ou a inativação de
genes indesejáveis, modificando assim
rotas metabólicas específicas.
Como exemplo, o gene para a enzima
poligalacturonidase, que degrada pectinas,
inibido em tomates faz com que os frutos
permaneçam firmes por mais tempo.
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Do mesmo modo genes que controlam
substâncias tóxicas ou alergênicas podem
ser inativados.
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MÉTODOS DE TRANSFERÊNCIA
GENÉTICA:
1. Sistema Agrobacterium:
Utilizando-se de bactérias do solo, do
gênero Agrobacterium, capazes de inserir
os seus próprios genes no genoma da
planta, provocando o aparecimento de
tumores.
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Os genes transferidos estão codificados
no DNA de um grande Plasmídio presente
nas agrobactérias.
Plasmídio é uma molécula de DNA
extracromossômico com capacidade de
duplicação autônoma.
Apenas um segmento desse plasmídio,
denominado T-DNA, é transferido à planta
hospedeira, integrando-se ao seu
genoma.
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A expressão dos genes da agrobactéria na
planta leva à síntese de auxinas e citocinas
(hormônios vegetais), responsáveis pelo
crescimento de tumores, e à síntese de
opinas (aminoácidos alterados) necessárias
para a sobrevivência da bactéria.
Removendo-se os genes responsáveis pelo
crescimento tumoral e inserindo-se
qualquer gene de interesse no seu lugar,
pode-se, usando este sistema, transferir
esta nova informação à planta.
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A Agrobacterium tumefaciens insere uma parte do seu
plasmídio Ti, a região denominada T-DNA, no cromossomo
da planta hospedeira, causando o tumor da galha.
(adapt. de Griffiths e cols., 1996)
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Mapa de um plasmídio Ti de Agrobacterium tumefaciens.
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2. Transferência Direta de Genes Para
Protoplastos:
Protoplastos são células vegetais das quais
foram removidas as paredes celulares,
restando apenas as membranas celulares.
Para a transferência genética os
protoplastos são incubados em soluções
que contêm o material genético a ser
incorporado e são submetidos a um pulso
elétrico de alta voltagem.
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A corrente elétrica abrupta promove
uma abertura temporária de poros na
membrana celular, permitindo a
penetração do material genético e a
sua eventual integração ao genoma da
célula vegetal.
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3. Bombardeamento Com Microprojéteis:
Consiste em aderir moléculas de DNA
sobre micropartículas de ouro ou de
tungstênio e, com o auxílio de um
aparelho de pressão, acelerá-las em alta
velocidade contra um tecido alvo.
As partículas penetram a parede celular,
o material genético incorpora-se ao
genoma da planta e o vegetal é
selecionado.
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Fragmentos de DNA com o
gene de interesse são
adsorvidos
magneticamente à
superfície de
micropartículas de ouro.
Estas são aceleradas,
através de uma descarga
de gás sob alta pressão,
em direção às células alvo.
Nas células o DNA liberado
eventualmente integra-se
ao cromossomo. As células
transformadas são
separadas e induzidas à
regeneração da planta.
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A REGENERAÇÃO DAS PLANTAS:
Independe do método utilizado.
Para se obter plantas adultas, as células
transformadas são cultivadas in vitro, em
um meio de nutrientes e hormônios
vegetais.
Estas células podem seguir 2 caminhos:
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1. Embriogênese Somática:
Uma célula vegetal se multiplica
organizando-se em uma estrutura
semelhante ao embrião que existe em
uma semente normal.
2. Organogênese:
Várias células originam os diversos
órgãos da planta (raízes, caule, folhas)
sem passar pelo estágio de embrião.
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Embriogênese Somática em Soja:
A. Embriões globulares em meio de cultivo
B. Embriões desenvolvidos em meio de maturação.
C. Plântulas regeneradas em meio de regeneração.
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O estado transgênico é revelado pela
expressão do transgene inserido.
A integração estável do gene exógeno e o
número de cópias inseridas são
confirmadas por análises de hibridização
de DNA.
A seguir as transgênicas são avaliadas
em casas de vegetação, tendo como
controles o genótipo original não
transgênico.
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O teste final é a sua performance no
campo.
À semelhança dos cruzamentos
convencionais, um grande número de
exemplares é obtido, e é necessária a
análise individual para que se identifique
o melhor padrão.
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OBSERVAÇÕES FINAIS:
As primeiras plantas transgênicas foram
desenvolvidas em 1994 quando um gene
codificante para a resistência à
Kanamicina foi introduzido no tabaqueiro.
O sucesso inicial extendeu a introdução
genética exógena a mais de 120 espécies
em 35 famílias de plantas ornamentais,
medicinais, frutíferas, florestais e
forrageiras (Birch, 1997).
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As culturas mais freqüentemente testadas
foram: milho, tomate, soja, canola, batata e
algodão.
Os caracteres genéticos mais introduzidos
foram: tolerância a herbicidas, resistência a
insetos, qualidade do produto e resistência a
vírus.
O primeiro país a comercializar transgênicos
foi a China, no início dos anos 90 (fumo e
tomate resistentes a vírus).
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Em 1994, nos EEUU, iniciou a
comercialização de um tomate de
amadurecimento retardado.
Em 1998 a soja tolerante a herbicida foi a
cultura transgênica dominante (52%),
seguida pelo milho resistente aos insetos
(24%), a canola tolerante a herbicida
(9%), o algodão resistente a insetos e a
herbicida (9%) e o milho tolerante a
herbicida (6%). (*)
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(*) O Glyphosato é um herbicida de largo
espectro, de baixa toxicidade, seguro
para o homem e para os animais, e que
se degrada rapidamente no solo (tb o
glufosinato e o bromoxynil).
Assim tornando-se um cultivar resistente
a este herbicida menos tóxico e de largo
espectro, evita-se a aplicação de
inúmeros outros herbicidas seletivos e de
maior tóxicidade.
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Outros produtos agro-bio-tecnológicos
desenvolvidos são:
Pimenta de melhor sabor, textura e cor;
Amendoin, Girassol, Soja e Canola com
maior proporção de óleos insaturados;
Batatas com menos manchas escuras e
maior conteúdo de amido, o que reduz a
absorção de óleo durante a fritura;
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Milho com maior teor de proteínas;
Feijão resistente ao vírus do mosaico
dourado;
Mamão Papaia resistente ao vírus da
mancha anelar;
Laranja-Pera resistente ao cancro cítrico;
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Arroz, Citrange (Citrus híbrido), Álamo,
Morango e Maçã com redução no tempo
de florescimento, o que proporciona
safras anuais extras;
Amendoim hipoalergênico, pela remoção
de 3 dos seus maiores alérgenos;
Vacinas vegetais, como a recombinante
da Hepatite B introduzida no genoma da
Alface, a Raiva no Espinafre, a Hepatite B
na Banana.
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BIBLIOGRAFIA:
 Zanettini, Maria Helena Bodanese, Profa. Dra. –
Aula – Análise de Risco de Alimentos Derivados de
Plantas Geneticamente Modificadas – Depto de
Genética da UFRGS – em São Paulo em outubro de
2001.
 Zanettini, M. H. B., Profa. Dra.; Pasquali,
Giancarlo, Prof. Dr. – Plantas Transgênicas, Uma
Nova Ferramenta Para o Melhoramento Genético
Vegetal – Federação da Agricultura do Rio Grande do
Sul – 2001.
 Borém, Aluízio, Prof. Dr. & Santos, Fabrício
Rodrigues dos, Prof. Dr. – Biotecnologia Simplificada
– Universidade Federal de Viçosa – MG – 2001.
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REFERÊNCIAS:
 Bongaarts, J. – Global Population Growth:
Demographic Consequences of Declining
Fertility. – Science 282: 419-420. 1998.
 Birch, R. G. – Plant Transformation:
Problems and Strategies for Practical
Application. – Annu. Rev. Plant Physiol. Plant
Mol. Biol.. V48, p. 297-326, 1997.
 Griffiths, A. J. F.; Miller, J. H.; Suzuki, D. T.;
Lewontin, R. C.; Gelbart, W. M. – An
Introdudtion to Genetic Analysis. – 6th Ed. – W.
F. Freeman and Co, New york, 915 p., 1996.
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 James, C. – Global Review of
Commercialized Transgenic Crops: 1998.
Briefs No. 8. ISAAA: Ithaca, NY. 1998.
 James, C. & Krattiger, A. F. – Global
Review of the Field Testing and
Commercialization of Transgenic Plants, 1986
to 1995: The First Decade of Crop
Biotechnology. ISAAA Briefs No. 1. ISAAA:
Ithaca, NY. pp 31. 1996.
 CIB – Conselho de Informações sobre
Biotecnologia: www.cib.org.br.
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