Engenharia Genética - Fundamentos -

1. Engenharia Genética - Fundamentos - Realizado por: André Abreu; Francisco Fazenda; Luís Fazenda; Luís Cardoso. 12ºB

2. A fórmula química da vida – DNA - • Em 1953, James Watson e Francis Crick (em fundo), apresentaram na Universidade de Cambridge o modelo de dupla hélice para o DNA; • Segundo este modelo, a molécula de DNA era uma espiral dupla, constituída por 2 cadeias polinucleotídicas dispostas em sentidos inversos, sendo por isso designadas antiparalelas; • Cada nucleótido é formado por uma base azotada, uma pentose e um grupo fosfato; • Existem na molécula de DNA 4 bases azotadas diferentes: a adenina, a timina, a citosina e a guanina; • A adenina só se liga à timina e a citosina apenas emparelha com a guanina – são bases complementares. As ligações que se estabelecem entre as bases azotadas são pontes de hidrogénio.

3. Ácido Ribonucleico - RNA - • O RNA é uma macromolécula formada por nucleótidos de adenina, citosina, guanina e uracilo; • O número de nucleótidos varia entre 75 e vários milhares, sendo assim uma molécula muito mais pequena que a de DNA, o que lhe confere mobilidade; • A pentose é sempre a ribose; • A cadeia molecular do RNA é simples, pois é formada por uma única sequência de nucleótidos; • O RNA apresenta 3 diferentes tipos, relacionados com as funções que desempenha: • - RNA mensageiro (RNAm); • - RNAtransferência (RNAt); • - RNA ribossómico (RNAr).

4. Dogma Central da Bioquímica A informação contida no DNA é expressa através da passagem, em primeiro lugar, dessa informação ao RNA, que é formado por complementaridade com o DNA. Só depois essa informação, agora veiculada pelo RNA, é traduzida em produção de proteínas.

5. Engenharia Genética – História - • A partir da década de 70 do século XX começaram-se a desenvolver as técnicas de análise e manipulação do DNA que constituem os fundamentos da Engenharia Genética. • As principais dificuldades dos cientistas desta área passavam pela forma como isolar uma sequência de genes; • Este problema foi resolvido quando Daniel Nathans e Hamilton Smith conseguiram isolar enzimas de restrição, capazes de cortar o DNA em pontos específicos. Esta proeza valeu-lhes o prémio Nobel em fisiologia e medicina em 1978. Em cima: Watson e Crick aquando da apresentação do modelo de dupla hélice para o DNA (1953).

6. Eng. Genética - o que é e para que serve A Engenharia Genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos. São várias as aplicações da Engenharia Genética bem como as técnicas utilizadas.

7. Tecnologia do DNA recombinante - rDNA Permite combinar na mesma molécula de DNA genes provenientes de fontes diferentes, mas não necessariamente de espécies diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante. Esta técnica baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas (ou endonucleases) de restrição, as ligases do DNA e os vectores. As enzimas de restrição reconhecem determinadas sequências de DNA e a cortam a molécula nesses locais. As zonas de restrição correspondem a sequências de DNA curtas e simétricas que se lêem da mesma forma nas duas cadeias na direcção 5’ – 3’.

8. Tecnologia do DNA recombinante (cont.) Os fragmentos de restrição são incorporados num vector, uma entidade constituída por DNA, que transfere DNA de um organismo dador para um organismo receptor. Os vectores mais utilizados são os plasmídeos (pequenas moléculas circulares de DNA que ocorrem naturalmente em alguns microrganismos e plantas) e os bacteriófagos (vírus que atacam bactérias. No vector deverá actuar a mesma enzima de restrição que actuou no fragmento de restrição por razões de complementaridade. As extremidades coesivas podem unir-se pela actividade de polimerases do DNA que catalizam a formação de ligações fosfodiéster.

9. Tecnologia do cDNA Os procariontes são muito utilizados em Engenharia Genética como receptores de DNA estranho porque são fáceis de cultivar, têm um crescimento rápido e processos bioquímicos bem conhecidos. No entanto não processam o mRNA e, quando recebem genes com intrões, estes não são retirados e a proteína produzida não é funcional. Em cima: os procariontes não processam o mRNA

10. Tecnologia do cDNA (cont.) A produção de cDNA é viabilizada pela transcriptase reversa. Esta enzima reconstitui uma cadeia de DNA apartir de uma molécula de mRNA. O cDNA obtido, por ter sido produzido por uma molécula de mRNA maturado, não contém intrões. A DNA polimerase, apartir da cadeia de cDNA, forma a molécula complementar desta, formando-se uma molécula estável. Ao comparar-se a cadeia de cDNA (sem intrões) com a cadeia de DNA original, consegue saber-se quais os exões e os intrões de um determinado gene. À direita: processo de formação de cDNA

11. Reacções de polimerização em cadeia - PCR O PCR é uma técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células. Para isso, o fragmento de DNA a amplificar é aquecido para separar as duas cadeias da dupla hélice. São então adicionados nucleótidos livres e DNA polimerase resistente ao calor, reconstituindo-se a dupla hélice. Como ao fim de cada ciclo a quantidade de DNA duplica, é possível obter milhões de cópias em algumas horas

12. DNA fingerprint No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição. Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos que variam de pessoa para pessoa. Segmentos diferentes de DNA movimentam-se de forma diferente quando sujeitos a electroforese – técnica em que determinadas moléculas são submetidas à acção de um campo magnético num meio poroso - sendo o resultado um padrão de bandas que difere de individuo para individuo. Em cima: electroforese

13. Organismos Geneticamente Modificados - OGM • A modificação genética permite associar a um determinado organismo características vantajosas habitualmente inerentes a outros organismos. • As plantas são, do ponto de vista genético, mais fáceis de manipular que os animais. Os OMG (ou transgénicos) são organismos cujo genoma foi modificado e que, por isso, apresentam diferenças relativamente à constituição genética original.

14. Transgénicos – Processo de manipulação Os genes que transmitem a característica desejada podem provir de outra planta ou de um organismo de outra categoria taxionómica . Os genes estranhos são transmitidos através da técnica de DNA recombinante para o organismo receptor. No entanto, antes de inserir o DNA estranho no plasmídeo, é necessário retirar os genes indutores de tumores, pois poderiam causar o aparecimento de cancro nas novas plantas. A manipulação genética em animais é também já uma realidade; no entanto, e ao contrário das plantas não são utilizados na alimentação. Em cima: planta “normal” e planta transgénica

15. Engenharia Genética - Projectos Nacionais - Portugal não é concerteza o país mais atractivo para a Engenharia Genética. Isso não significa, no entanto, que nada se desenvolva em solo nacional na área da investigação genética. A título de exemplo, pode referir-se a “Unidade de Sequenciação e Análise de Fragmentos”, directamente associada ao grupo de investigação liderado pelo Prof. Rogério Teneiro, e pertencente ao Centro de Genética e biologia Molecular e Departamento de Biologia Vegetal da FCUL (Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa). Este grupo de investigação, designado por Bugworkers e que inclui 35 membros, tem-se direccionado fulcralmente para áreas de investigação aplicada à resolução de problemas concretos como seja o desenvolvimento de estirpes bacterianas geneticamente modificadas para a produção de compostos com interesse industrial.

16. Engenharia Genética - o papel dos media - O papel dos media é o de relatar os factos, as opiniões, as descobertas por forma a informar, a alertar e a esclarecer a população. Os media são assim os “veículos” que conduzem a informação aos cidadãos. Quando as notícias em questão se reportam a algum ramo da ciência, como a Engenharia Genética, a população tem então uma maior dificuldade em interpretar e compreender a importância dessas informações pois nestas áreas podem relatar-se diversas situações inconcebíveis para o mais comum dos mortais combinadas com um vocabulário demasiado específico para poder ser compreendido correctamente pela esmagadora maioria da população. Cabe então à comunicação social explicar, de forma isenta, estes assuntos às pessoas, para que os compreendam. A Engenharia Genética já permitiu proezas que melhoraram a qualidade de vida das populações. No entanto é preciso que essas mesmas populações tenham conhecimento do impacto que a manipulação genética de seres vivos pode causar.

17. Engenharia Genética - perspectivando o futuro - A Engenharia Genética tem vindo a desenvolver técnicas que contrariam o “dogma central da Bioquímica”. O Homem é hoje capaz de alterar de forma drástica os mais fundamentais mecanismos de reprodução e de selecção natural. Um dos avanços mais reconhecidos é a tecnologia de DNA recombinante, que permite modificar os genes dos seres vivos, “reprogramando-os” para se desenvolverem com características que nunca ocorreriam de forma natural. Apesar destes enormes avanços, ainda não é possível prever completamente todos os efeitos da utilização destas técnicas, nem as suas implicações sociais ou éticas. Tal como uma faca pode ser tanto um auxiliar precioso na cozinha, como uma arma para matar, também a Engenharia Genética tem o potencial necessário quer para ajudar o Homem, quer para o destruir.. Actualmente, os perigos e os benefícios da utilização das técnicas da Engenharia Genética não são completamente conhecidos, devendo a Ciência progredir de forma acautelada no futuro

18. (…) demasiado belo [o modelo de dupla hélice para o DNA] para não ser verdade… James Watson