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Ciências da Natureza e
Suas Tecnologias
Biologia
Prof. Claudio Ponte
20
nº
A BIOTECNOLOGIA NO MUNDO ATUAL
A Biotecnologia integra um conjunto de tecnologias
habilitadoras que possibilitam utilizar, alterar e otimizar
organismos vivos ou suas partes funcionantes, células,
organelas e moléculas, para gerar produtos e processos e
serviços especializados com aplicações diversas nas áreas de
saúde, agropecuária e meio ambiente. Neste contexto estão
incluídas, entre outras, pesquisas sobre transgênese, genômica
e proteômica (www.mct.gov.bt). Também podemos defini-la
simplesmente como uso racional de micro-organismos, bem
como plantas e animais, para produzir materiais, tais como
alimentos, medicamentos e outros produtos úteis para o ser
humano. Na prática, é um conjunto de processos tecnológicos
que permitem a utilização de material biológico de plantas e
animais para fins industriais.
A biotecnologia moderna, também conhecida como
engenharia genética ou tecnologia do DNA recombinante,
envolve modificação direta do DNA, que representa o mateiral
genético de um ser vivo, de forma a alterar precisamente
definidas características do organismo vivo ou introduzir novas
características. Assim sendo, o uso da biotecnologia moderna
implica, inicialmente, no conhecimento e isolamento de
sequências de DNA que correspondem a genes responsáveis
em conferir a característica desejada (fenótipo). O isolamento
dos genes de interesse é conduzido por meio de técnicas de
clonagem molecular que consiste em induzir um organismo
vivo a amplificar a sequência de DNA de interesse, em sistemas
que permitem uma fácil purificação e recuperação do referido
fragmento de DNA. Para isso, são utilizados vetores de clonagem
(plasmídeos ou vírus), nos quais a sequência de DNA de interesse
é inserida, utilizando a enzima DNA ligase. Quando necessário,
o fragmento de DNA de interesse pode ser liberado do vetor
por meio de enzimas de restrição. Uma vez isolado o gene de
interesse, estes fragmentos de DNA (genes) são incorporados
por meio de engenharia genética no genoma do organismo
alvo, resultando em um organismo geneticamente modificado
(OGM), cuja característica adquirida passa a ser hereditária.
Diversas tecnologias têm sido desenvolvidas para a inserção
de DNA exógenos no genoma de plantas por meio de engenharia
genética. Particularmente, para o caso de células vegetais,
as tecnologias mais eficientes para transformação genética
consistem em (1) infecção por Agrobacterium tumefaciens,
(2) eletroporação de protoplastos e (3) o método biolístico.
Todas estas tecnologias envolvem um sistema eficiente de
cultura de tecidos e regeneração de plantas in vitro.
(1) Agrobacterium tumefaciens é uma bactéria Gram-negativa
encontrada no solo e induz à formação de tumores em plantas.
“
A biotecnologia moderna,
também conhecida como
engenharia genética
ou tecnologia do DNA
recombinante, envolve
modificação direta do
DNA, que representa o
material genético de
um ser vivo, de forma
a alterar precisamente
definidas características
do organismo vivo
”
ou introduzir novas
características.
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Os tumores são causados pelo plasmídeo Ti presente na
bactéria. Este plasmídeo tem sido amplamente estudado pelos
engenheiros geneticistas de plantas por ser extremamente
útil para introdução de novos genes em plantas, uma vez
que tem a capacidade de transferir um fragmento de DNA
para o genoma da planta durante o processo de infecção.
Os cientistas modificaram a região do DNA de transferência
(região T) do plasmídeo Ti, de forma a tornar possível a inserção
de qualquer gene de interesse na planta. Este sistema constitui
um sistema natural de transformação de plantas.
(3) O Método biolístico consiste em introduzir o DNA
na célula, rompendo a barreira da parede celular e da
membrana plasmática, sem o uso de vetores biológicos. Para
isso, microprojéteis de ouro ou tungstênio, cobertos com
moléculas de DNA, são acelerados à alta velocidade, o que
possibilita sua penetração em células intactas.
Antes
Depois
Tubo de aceleração
Membrana
Partículas + DNA
Tela de proteção
Plasmídeo
Tecido vegetal
(2) Eletroporação é uma técnica de transformação ou
transfecção que consiste na exposição das células a pulsos
de correntes de alta voltagem, o que torna a membrana
plasmática permeável, permitindo a penetração do DNA.
Protoplastos são células de plantas ou de fungos na qual a
parede celular foi removida enzimaticamente, tornando-a
mais acessível para transfecção.
Plasmídeo
DNA
complexo
Transfemina/DNA condensado
Transfemina
receptor para transfemina
citoplasma
citoplasma
citoplasma
citoplasma
endossomo
endossomo
queda do pH
lise do endossomo
Liberação do complexo
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Produtos obtidos através da biotecnologia:
(a) Agricultura: adubo composto, pesticidas, silagem, mudas de
plantas ou de árvores, plantas transgênicas, etc. Observa-se
uma busca da proteção vegetal, buscando o controle de ervas
daninhas, pragas e doenças, com a integração de soluções
químicas e genéticas. O Laboratório de Biologia Molecular
Vegetal (LBMV), integrante do Centro de Biotecnologia da
UFRGS, trabalha com genes potencialmente capazes de
conferir a resistência vegetal a insetos e a outras pragas e
resistência vegetal a moléstias fúngicas. Destacam-se no país
todo os produtos Bt, toxina com ação inseticida produzida
pela bactéria Bacillus thuringiensis, encontrada naturalmente
no solo, e que é empregada no controle de certos
insetos-pragas que atacam as lavouras, sendo, no entanto,
inofensiva para insetos não-alvo, bem como para seres
humanos e animais em geral.
(b) Alimentação: pães, queijos, picles, cerveja, vinho, proteína
unicelular, aditivos, etc. Já na Antiguidade o homem fazia pão
e bebidas fermentadas enquanto uma das fontes de alimentos
dos Astecas eram as algas que eles cultivavam nos lagos.
Um exemplo atual é o “Golden Rice”, desenvolvido para
fornecer vitamina A.
(c) Química: butanol, acetona, glicerol, ácidos, enzimas,
metais, etc. Dentre as hidrolases, as enzimas proteolíticas,
ou peptidases, ou proteinases, compreendem 50% das
enzimas utilizadas industrialmente; também podem ser
utilizadas na extração de DNA de células de eucariontes.
São empregadas na área de farmacologia, como é o caso
da bromelina, enzima proteolítica extraída do abacaxi, que
possui a propriedade anti-inflamatória, atividade fibrinolítica
e inibição reversível de agregação de plaquetas.
(d) Eletrônica: biosensores. Um biosensor é um dispositivo
no qual se incorpora uma substância (ex: uma enzima, um
anticorpo, uma proteína, DNA, etc) para poder medir de
modo seletivo determinadas substâncias. Um exemplo seria a
medida da quantidade de chumbo ou de bactérias na água,
ou a quantidade de toxinas presentes nos alimentos.
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(e) Energia: etanol, biogás. O biogás é obtido como produto
da transformação da matéria orgânica em gás metano e
dióxido de carbono, feita pelas bactérias anaeróbicas em
instalações conhecidas como biodigestores. Teoricamente,
qualquer resíduo orgânico não esterilizado, sob condições
anaeróbicas adequadas, facilita o desenvolvimento de
bactérias que atacam os sólidos voláteis (exceto lignina)
da matéria orgânica, decompondo-a.
(f) Meio Ambiente: recuperação de petróleo, tratamento
do lixo, purificação da água.
(g) Pecuária: o objetivo nessa área é a produção de
animais transgênicos que apresentem características
de importância comercial, tais como: maior eficiência
na conversão alimentar, maior quantidade de proteína
na carne, maior taxa de crescimento corporal, maior
produção de carcaça e resistência a doenças.
(h) Saúde: hormônios, como somatotropina e insulina, interferon
e anticorpos. Os projetos atualmente em desenvolvimento
estão relacionados a doenças infecciosas endêmicas no Brasil,
como a doença de Chagas, leishmaniose, esquistossomose,
febre amarela, malária, hepatite B, tuberculose e diarreia.
Outros projetos incluem doenças genéticas (síndrome de
Down), drogas anti-inflamatórias, diferentes proteínas
associadas ao câncer, bem como metaloproteinases de
matriz, desintegrinas, miotoxinas e neurotoxinas de venenos
de serpentes brasileiras, modelos biológicos para inflamação
e sinalização celular. Medicamentos como antibióticos e
anti-inflamatórios são também produzidos pela tecnologia
do DNA recombinante. Bactérias que vivem no intestino
do homem e de animais são utilizadas como biorreatores
e produzem esses fármacos com qualidade e quantidade
superiores à metodologia clássica, além de serem produzidas
a um preço inferior. Vacinas utilizando a tecnologia do DNA
recombinante são alternativas às vacinas tradicionais e já
existem muitas sendo comercializadas e outras tantas sendo
testadas. Tais vacinas podem ser desenvolvidas eliminando
ou destruindo genes do patógeno que causam a doença ou
de suas subunidades (proteínas). A terapia gênica (TG) é um
tratamento para doenças hereditárias que se caracteriza pela
inserção de um gene funcional dentro da célula humana a
fim de conferir uma nova função ou melhorar os efeitos de
um gene anormal.
Um estudo divulgado pela Universidade de Toronto, no
Canadá, intitulado Top Biotechnologies for Improving Global
Health (Top da biotecnologia para a melhoria da saúde
global) estabeleceu as principais áreas do setor em ordem de
importância. São elas:
I. Tecnologia molecular para diagnósticos mais simples e
baratos de doenças infecciosas;
II. Tecnologia recombinante para o desenvolvimento de
vacinas contra doenças infecciosas;
III. Tecnologia em prol do meio ambiente (incluindo limpeza
da água e área sanitária);
IV. Tecnologia da sequência de genomas patogênicos para
a compreensão de sua biologia e identificação de novos
combates a microrganismos;
V. Proteção contra doenças sexualmente transmissíveis;
VI. Bioinformática para identificar medicamentos e para
examinar interações patógenos-hospedeiros;
VII.Organismos geneticamente modificados para desenvolver
nutrientes e combater deficiências específicas;
VIII.Tecnologia recombinante para o desenvolvimento de
produtos terapêuticos mais baratos;
IX. Combinações químicas para descoberta de drogas.
EXERCÍCIOS
01.Considere os seguintes processos usados para
obtenção de organismos:
I. Substituir o núcleo de um óvulo pelo núcleo
de uma célula diploide do mesmo animal e
implantar esse óvulo no útero do animal para
que se desenvolva;
II. Obter estacas de um vegetal e plantá-las para
que enraizem e formem novas plantas;
III.Semear os grãos de milho para obter novos pés
da planta.
Constitui clonagem o que se faz somente em:
A) I
B) II
C) I e II
D) II e III
E) I, II e III
02.Um floricultor, após intenso trabalho de melhoramento
genético, obteve uma variedade de planta com
flores de grande valor econômico. Visando a
reprodução dessa variedade de planta com a
manutenção das características selecionadas, o
floricultor deve realizar:
A)o retrocruzamento com plantas heterozigotas.
B) o plantio de sementes híbridas.
C)a retirada dos estames das flores.
D)a propagação por sementes obtidas pelo cruzamento
com plantas selvagens.
E) a produção de mudas, através de métodos assexuados.
03.Embrapa lança no mercado uvas sem sementes.
As três variedades foram criadas por meio de
melhoramento genético clássico.
Ciência Hoje, Vol 35, nº 207, agosto 2004, p.37.
O melhoramento genético clássico de que trata o texto
refere-se a uma técnica em que os pesquisadores:
A)utilizam a obtenção de transgênicos para eliminar as
sementes.
B) clonam sequências de variedades diferentes e as
inserem nas três variedades.
C)cruzam diferentes variedades produzindo uvas
híbridas sem sementes.
D)sequenciam o genoma das variedades e deletam o
gene da produção das sementes.
E) manipulam o genoma, inserindo, com um vetor, a
sequência que determina a não formação de sementes.
04.O desenvolvimento da Genética tem gerado
tecnologias muito úteis à humanidade. Sobre a
Engenharia Genética, assinale a afirmativa correta.
A)A determinação da paternidade por meio da
eletroforese em gel é realizada a partir da análise
cromossômica das hemácias coletadas da criança, da
mãe e do suposto pai.
B) A clonagem molecular consiste em se incorporar
ao plasmídeo bacteriano o segmento do ácido
ribonucleico que se deseja pesquisar.
C)Organismos geneticamente modificados são aqueles
que recebem e incorporam genes de outra espécie e
a cópia de seu DNA é obtida pela transcrição.
D)A enzima de restrição (Eco RI) reconhece uma
determinada sequência de bases nitrogenadas e corta
a dupla hélice de DNA entre nucleotídeos específicos.
E) A determinação do genoma de vírus, importante
para terapias gênicas, faz-se por meio de biblioteca
de micélios.
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05. “Em primeiro lugar, devemos dizer que o conjunto
de técnicas que possibilitam a transgenicidade
são mal-chamadas de engenharia genética.
A engenharia fundamenta-se na física de Newton e
como tal suas técnicas têm precisão e previsibilidade
de leis universais, o que não é o caso das técnicas
de transplante e inserção de genes. Mas, para
inspirar respeito e segurança no mercado, elas
recebem a denominação errônea de engenharia
genética. A qualidade nutricional dos alimentos
da engenharia genética pode ser diminuída e
sua absorção ou metabolismo no homem podem
ser modificados. Novas proteínas que causam
reações alérgicas podem entrar nos alimentos.
As pessoas normalmente sabem quais os produtos
que as afetam. Entretanto, com a transferência dos
alergênicos de um produto para o outro, perde-se
a identificação e a pessoa só vai descobrir o que
lhe fez mal após a ingestão do alimento perigoso.
Cientistas usam genes antibiótico-resistentes para
selecionar e marcar os organismos modificados.
Tais genes podem diminuir a efetividade de alguns
antibióticos em seres humanos e nos animais. ...,
o debate mal começou, mas as empresas do setor
já estão gastando bilhões de dólares em tecnologia
e recursos humanos, numa corrida para renovar a
produção de milho, soja e outros produtos, inclusive
farmacêuticos”.
Revista do CREA-RJ,2000
No que se refere ao risco à biodiversidade,
representado pelos transgênicos, o evento mais
significativo é:
A)esterilidade do híbrido.
B) fluxo gênico com variedades nativas.
C)disseminação descontrolada dos genes antibióticoresistentes.
D) autofecundação, provocada pelo isolamento reprodutivo.
E) surgimento de inúmeros novos alergênicos.
GABARITO (V. 19)
1
2
3
4
5
B
B
E
D
C
Professor Colaborador: Ricelly
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OSG: 46739/11 Paulo 31/05/11 – REV.: RM