BIOTECNOLOGIA. Multidisciplinar - Engenharia - Genética Plantas e animais com características desejáveis, cultura de células e de tecidos, marcadores.

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1 BIOTECNOLOGIA

2 Multidisciplinar - Engenharia - Genética Plantas e animais com características desejáveis, cultura de células e de tecidos, marcadores genéticos, produção de antibióticos,... É o conjunto de conhecimentos técnicos e métodos, de base científica ou prática, que permite a utilização direta ou indireta de organismos ou seres vivos como parte integrante e ativa do processo de produção industrial de bens e serviços

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4 CONSIDERAÇÕES GERAIS Informação Genética DNARNAPROTEÍNA “Nuclear” Transição“Citoplasmática”

5 CódonTrinca UCU CCG AUG CGU GAU GGG... CONSIDERAÇÕES GERAIS DNA Transcrição RNA CódonAminoácido CódonAminoácido UCU.......... Serina CCG.......... Prolina AUG.......... Metionina CGU.......... Arginina GAU.......... Glutamina CGG.......... Arginina Conjunto de Aminoácidos PROTEÍNA Tradução

6 BIOTECNOLOGIA TRADICIONAL x MODERNA goulart@ucg.br

7 BIOTECNOLOGIA Tradicional - Fermentação 6000 a.C. – bebidas alcoólicas – grãos cereais Sumérios Babilônios 2000 a.C. – fermento – cerveja e pão Egípcios Moderna - Maior escala Kornberg 1967 – ponto de partida – síntese de DNA Revolução genética – novas técnicas de manipulação genética / tecnologia do DNA recombinante

8 BIOTECNOLOGIA Tradicional - Seleção de organismos – caracteres desejáveis / cruzamento - + tempo – transferências de genes NÃO desejáveis Moderna - Transferência APENAS de genes desejáveis - Doador – espécie diferente - + preciso, + rápido e + eficiente

9 Produtos Biotecnológicos Setores: Bens e serviços Agricultura  Adubo composto, pesticidas, silagem, mudas de plantas ou de árvores, plantas transgênicas, etc Alimentação  Pães, queijos, picles, cerveja, vinho, proteína unicelular, etc. Química  Butanol, acetona, glicerol, ácidos, enzimas, metais, etc Energia  Etanol, biogás Meio Ambiente  Recuperação de petróleo, tratamento do lixo, purificação da água Pecuária  Embriões Saúde  Antibióticos, hormônios e outros produtos farmacêuticos, vacinas, reagentes e testes para diagnóstico, etc.

10 ENGENHARIA GENÉTICA, BIOENGENHARIA OU TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE Técnicas para a manipulação do DNA para: Identificar genes Isolar genes Multiplicar os genes dos mais diversos organismos.

11 HISTÓRICO – Eventos Importantes Produção de Penicilina em escala industrial Identificação do material genético Estrutura do DNA Código genético decifrado Tecnologia do DNA recombinante Desenvolvimento de anticorpos monoclonais Técnica de PCR (Reação em cadeia da Polimerase) Primeiro uso da terapia gênica Projeto genoma 194319441953 1961-66 19731975198819901996 Clonagem da ovelha Dolly 2000 -03 1982 Produção de Insulina humana por engenharia genética 1956 Síntese in vitro do DNA

12 Elementos para a Engenharia Genética Enzimas de restrição DNA-ligase Clonagem em plasmídeos bacterianos Plasmídeos recombinantes Clonagem em vírus Animais e plantas transgênicos

13 Clonagem Molecular

14 - Obtenção DNA recombinante goulart@ucg.br

15 Plasmídeo - Fita dupla - Circular - Extracromossômico - Conjugação - Resistência à antibióticos - 4.000 pb

16 ENZIMA DE RESTRIÇÃO

17 Enzimas de Restrição goulart@ucg.br

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22 Eletroforese - Conhecida desde 1930 - Difundida 1950-1960 - Movimentação de moléculas – campo elétrico - Matriz – Agarose / Poliacrilamida - Separa proteínas – carga elétrica / peso molecular - Separa ácido nucléico – peso molecular goulart@ucg.br

23 Eletroforese goulart@ucg.br

24 Eletroforese goulart@ucg.br

25 Clonagem Técnicas de duplicação utilizadas em genes, células, tecidos, órgãos e seres vivos; Ocorre naturalmente em organismos unicelulares e plantas; Pode ser definida como método artificial de reprodução – utiliza células somáticas no lugar de células germinativas; Fecundação substituída por fusão.

26 Histórico da clonagem 1938: Idéia da clonagem. Hans Spermann - proposta de transferência do núcleo de uma célula em estágio tardio de desenvolvimento para um óvulo; 1952: 1 a experiência do gênero - Clonagem de girinos; 1970: pesquisa com embriões de Ratos; 1979: pesquisa com embrião de ovelhas;

27 Histórico da clonagem 1981: Pesquisadores da Universidade de Genebra (Suíça) – clones de ratos a partir de células embrionárias; 1984: Stean Willadsen (Universidade de Cambridge) clonou uma ovelha a partir de células embrionárias jovens. Técnicas foram repetidas com outros animais;

28 Histórico da clonagem 1996: Surgiu a Dolly, que teve seu nascimento anunciado em 1997, tornando-se um marco na Era Biotecnológica.

29 Métodos de clonagem Basicamente dois métodos: Extração do material genético de célula somática e inserção em óvulo cujo núcleo com DNA tenha sido retirado; Fusão de uma célula inteira com um óvulo sem material genético.

30 Clones em Humanos 1) As células somáticas são retiradas do doador 2) Essas células são cultivadas em laboratório 3) De uma doadora colhe-se um óvulo não fertilizado 4) O núcleo contendo DNA é retirado do óvulo 5) A célula cultivada é fundida ao óvulo por meio de corrente elétrica 6) Agora temos o óvulo fertilizado com nova informação genética 7) Este óvulo vai se desenvolver até a fase de blástula (embrião com mais de 100 células) onde estão as células tronco.

31 Animais Clonados Ovelhas Macacos Porcos Ratos Cabras Sapos Mamutes Cachorros Bovinos

32 CLONAGEM ANIMAL Em 1997 um anúncio marcou a história da genética ovelha da raça Finn Dorset chamada de Dolly.

33 Dolly, o marco Fevereiro de 1997 - o escocês Ian Wilmut, do Instituto Roslin – Primeira experiência de Clonagem

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35 A esquerda ovelha da raça Finn Dorset e a direita ovelha da raça Scottish Blackface

36 QUAL FOI A GRANDE DESCOBERTA? O maior feito dos cientistas, foi fazer com que uma célula adulta se tornasse totipotente (células-tronco) de novo. As células-tronco (ou totipotentes) possuem a capacidade de se diferenciarem em diferentes tipos de células, em um processo antes considerado irreversível.

37 QUAL FOI A GRANDE DESCOBERTA? Estava aberto o caminho para a clonagem terapêutica e a terapia por células-tronco.

38 Apesar do sucesso da clonagem, a técnica apresentou alguns erros: A ovelha Dolly não era tão idêntica ao doador do núcleo, apesar de herdar da ovelha branca o DNA contido nos cromossomos do núcleo da célula mamária, ela também herdou da ovelha escura o DNA contido nas mitocôndrias, organelas que ficam no citoplasma das células.

39 Dolly foi sacrificada aos 6 anos de idade, depois de uma vida marcada por envelhecimento precoce e doenças. Em seus últimos dias, Dolly estava com uma doença degenerativa e incurável nos pulmões. Os problemas de saúde de Dolly levantam dúvidas sobre a possibilidade da prática de copiar a vida.

40 Dolly(1997-2003) Sacrificada Doença degenerativa pulmonar Doença típica de ovelhas velhas Expectativa de vida das ovelhas: 6 anos mas podem viver até 12 anos.

41 Pontos positivos da clonagem: Utilização da técnica de clonagem para obtenção de células tronco a fim de restaurar a função de um órgãos ou tecido. A clonagem "terapêutica" teria a vantagem de não oferecer riscos de rejeição se o doador fosse a própria pessoa. (ex.: reconstituir a medula em alguém que se tornou paraplégico após um acidente, ou substituir o tecido cardíaco em uma pessoa que sofreu um infarto). Diminuição ou fim do tráfico clandestino de órgãos Ajudar casais inférteis que não podem ter filhos, mesmo após anos de tratamento de infertilidade. Melhoramento animal, resgate de material genético, maximização do potencial genético de uma raça.

42 Sapos 1952-Primeira experiência com clonagem de girinos a partir de células somáticas 1962- mesmo procedimento com sapo adulto 1975-transferência de células de pele de rãs adultas para ovos Xenopus enucleados

43 Sapos Os anfíbios foram os primeiros organismos superiores a serem clonados

44 Cachorros O animal mais recentemente clonado!!! - Intenção clonar animais de estimação e animais de grande potencial pecuário para novas opções de mercado

45 Clones Brasileiros Bovinos As pesquisas em reprodução animal na Embrapa começaram em 1984, e são o resultado da tecnologia de transferência nuclear. Vitória foi obtida como resultado de núcleos transferidos de um embrião de cinco dias coletado de uma vaca simental pela técnica de transferência de embriões clássica, na qual uma célula é enucleada (célula recipiente) e depois é feita a fusão com a célula doadora retirada de um embrião. Foto: divulgação.

46 Clonagem na Agricultura Propagação de plantas assexuadamente – Clonagem Vantagem dessa tecnologia: uniformidade O ambiente pode interferir,mas se as plantas tem a mesma constituição genética, maior controle Com a seleção genética é possível multiplicar plantas que já foram modificadas

47 CLONAGEM REPRODUTIVA e TERAPÊUTICA Retira-se o núcleo de um óvulo doado Coleta-se uma célula adulta de outro doador e retira-se o núcleo (Ex. Célula da Pele) Implanta-se o núcleo da célula adulta (pele) no óvulo sem núcleo Na Clonagem reprodutiva (1996): o óvulo com o novo núcleo é implantado em um útero que gestará o ser vivo, CLONE. Ex. Ovelha Dolly. É PROIBIDA EM SERES HUMANOS.

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49 CLONAGEM REPRODUTIVA

50 Clonagem terapêutica Conceito: é a técnica que fabrica embriões a partir da transferência do núcleo da célula já diferenciada, de um adulto ou embrião, para um óvulo sem núcleo. Não há o implante em um útero, logo não pode reproduzir seres humanos. Vantagem: possibilita a obtenção de células-tronco embrionárias pluripotentes, potencialmente capazes de produzir qualquer tecido em laboratório, o que poderá permitir o tratamento de doenças cardíacas, doenças degenerativas(Alzheimer, Parkinson), câncer, além da reconstituição de medula óssea, de tecidos queimados ou tecidos destruídos etc, sem o risco de rejeição, caso o doador seja o próprio beneficiado com a técnica. Limitação: no caso de doenças genéticas, o doador não pode ser a própria pessoa porque todas as suas células têm o mesmo defeito genético.

51 Na Clonagem terapêutica (2004): o óvulo não é implantado em útero, mas mantido em substância nutritiva em laboratório, se atingir o estado de blástula (blastocisto) torna-se capaz de produzir linhagens de células-tronco embrionárias totipotentes, que podem ser utilizadas em pesquisas para a cura de doenças. (transferência nuclear ou transplante celular).

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53 CLONAGEM TERAPÊUTICA

54 Transgênicos

55 Conceito  Transgênicos ou OGMs são organismos manipulados geneticamente, de modo a fornecer características desejadas pelo homem.  OGMs possuem alterações em seu genoma realizadas através da tecnologia do DNA recombinante ou da Engenharia genética.

56 Objetivos  A geração de transgênicos visa à obtenção de características específicas por um organismo de interesse.  Resultados na área de transgenia já são alcançados desde a década de 70, época na qual foi desenvolvida a técnica do DNA recombinante.  O primeiro transgênico foi a bactéria Escherichia coli, que sofreu adição de genes humanos para a produção de insulina na década de 1980.

57 Alimentos Transgênicos

58  Os alimentos transgênicos são modificados geneticamente em laboratórios com o objetivo de conseguir melhorar a qualidade do produto.  Os genes de plantas e animais são manipulados e muitas vezes combinados.  Os organismos geneticamente modificados, depois da fase laboratorial, são implantados na agricultura ou na pecuária.

59 Alimentos Transgênicos

60 Animais Transgênicos

61  Em 1997, o primeiro bovino transgênico, a vaca Rosie, produzia leite enriquecido com a proteína humana lactoalbumina.  Esse leite transgênico é mais nutritivo para humanos que o leite natural, e poderia ser introduzido na alimentação de crianças com carência de nutrientes específicos.  Há também pesquisas em curso voltadas para a produção de leite transgênico contendo as proteínas necessárias para o tratamento de doenças como fenilcetonúria, enfisema hereditário e fibrose cística.  Por exemplo, o Instituto A. I. Virtanen, da Finlândia, gerou um bovino contendo um gene cuja proteína correspondente promove o crescimento de hemácias em humanos.

62 Suínos alterados geneticamente em laboratório produzem gordura que faz bem para o coração! Mosquito Transgênico Incapaz de transmitir a dengue! Exemplos

63 Países Produtores de Transgênicos

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65 Possíveis benefícios: A produção de vegetais resistentes a pragas, a herbicidas, à seca; conseqüentemente, aumento na produção agrícola; Esses vegetais são mais produtivos e incorporam substâncias que auxiliam no combate à obesidade, ao colesterol alto e outros. Outro ponto é o aumento de produção de alimentos, que alguns especialistas afirmam poder reduzir o problema da fome. Esse aumento ainda poderia reduzir os custos de produção, facilitando assim a vida do agricultor. Obtenção de organismos produtores de substâncias que podem ser utilizadas para o tratamento de doenças ou deficiências humanas e de animais. Produção de vegetais "enriquecidos" com vitaminas.

66 Possíveis riscos: Suspeitas de que esses produtos poderiam causar doenças como o câncer, alergia, além de aumentar a resistência contra agrotóxicos e antibióticos. Transmissão de genes para outras espécies causando desequilíbrios ecológicos. Diminuição da biodiversidade;

67 SERES TRANSGÊNICOS

68 APLICAÇÃO Obtenção de produtos orgânicos em grande escala: insulina, proteínas do sangue e vacinas; Costeletas de porco sem colesterol; Vacas com leite humano para bebês órfãos; Bactérias produzem insulina para diabéticos.

69 PROBLEMAS ÉTICOS Manipulação da herança genética com fins eugênicos (depuração da espécie); Obtenção de microorganismos com características antes inexistentes (resistência a antibióticos; produção de toxinas, doenças).

70 Terapia Gênica Introdução de genes sadios para tratamento ou cura de doenças genéticas; Inicialmente células de pele e medula óssea; Carência da adenosina desaminase (Imunodeficiência humana); Diagnóstico pré-natal; Novos fármacos.

71 PROJETO GENOMA Localização nos cromossomos humanos de todos os genes responsáveis pelas características normais e patológicas; Mapeamento e sequenciamento de 3 bilhões de pares de bases que formam o genoma humano; Doenças genéticas conhecidas: seis mil.

72 Sonda Utiliza-se o código genético conhecido para construir em laboratório uma molécula de cadeia simples de DNA (gene), replica-se em meio com corantes fluorescentes ou com fósforo radioativo (sondas).

73 PROJETO GENOMA

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76 EXAME DE DNA

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82 Utilização do teste de DNA Teste de paternidade; Identificação de autores de crimes; Prova de laços de parentesco; Identificação de cadáveres e fósseis.

83 NOVOS PARADIGMAS medicina comercial; inseminação artificial; fertilização in vitro; criança sem pai biológico; filho de duas mulheres.

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