sexta-feira, 22 de janeiro de 2010

Engenharia Genética



Ácidos Nucleicos





Em 1953 Watson e Crick apresentaram o modelo de dupla hélice para a molécula de DNA- duas cadeias polinucleotídicas antiparalelas.


Cada nucleótido é formado por uma base azotada, uma pentose e um grupo fosfato.

A ligação entre as cadeias de DNA é feita por complementaridade entre as bases azotadas – a adenina emparelha com a timina, e a citosina com a guanina.



A molécula de RNA é formada por uma única cadeia de nucleótidos e, em vez de timina apresenta uracilo.


Para que a informação contida no DNA seja expressa terá que ser passada ao RNA, que se forma por complementaridade com o DNA, e traduzida sob a forma de proteínas.





Engenharia Genética


A partir da década de 70 do séc. XX foi desenvolvido um vasto conjunto de técnicas de analise e manipulação do DNA, com implicações éticas e sociais.


A engenharia genética baseia-se num conjunto de técnicas e ferramentas que permite a intervenção no genoma do organismo humano construindo novos genomas por recombinação de segmentos genómicos de um mesmo ou de diferentes cromossomas.










Endonucleases ou Enzimas de Restrição e Ligases do DNA

As enzimas de restrição fragmentam o DNA por hidrolise em locais específicos. A especificidade é dada pela sequencia de nucleótidos que a enzima reconhece, fragmentando o DNA sempre que encontra essa sequência.


Formam-se fragmentos de DNA, em hélice dupla, mas com uma pequena extensão em cadeia simples em cada extremidade.


As extremidades (coesivas) podem ligar-se por complementaridade a outro DNA, com intervenção de outras enzimas – Ligases do DNA.


Plasmídeos


Muitas bactérias possuem, para além da molécula de DNA principal, pequenas moléculas de DNA em cadeia dupla – Os Plasmídeos.

Geralmente, os genes dos Plasmídeos não são essenciais à sobrevivência da bactéria, podendo ser retirados. Podem replicar-se independentemente da molécula de DNA principal, podendo fundir-se com ela.

Vectores

As enzimas de restrição e as Ligases do DNA são ferramentas de engenharia genética que permitem manipular e transferir genes de uma molécula de DNA, para outra, isto é, de um organismo para outro.

Na transferência de genes é necessária a existência de um “transportador”, isto é, um vector que leva o material genético de um genoma para outro.

Há diversos tipos de vectores sendo os Plasmídeos das bactérias dos mais utilizados.


Técnica do DNA Recombinante





1. “Abertura” da molécula de DNA do Plasmídeos, num ponto especifico, pela enzima de restrição;
2. Isolamento de genes de interesse noutras moléculas de DNA “dadoras” recorrendo a enzimas de restrição do mesmo tipo;
3. Junção do gene a inserir, do Plasmídeo e de Ligases do DNA;
4. Ligação do gene ao Plasmídeo formando-se o DNA recombinante;
5. Introdução do Plasmídeos recombinante em bactérias, que funcionam como células hospedeiras do novo gene;
6. Produção da proteína desejada a partir do DNA recombinante.


DNA Recombinante ou rDNA



A tecnologia do DNA recombinante permite produzir moléculas de DNA a partir da combinação de genes com proveniências diferentes.


È possível introduzir um gene humano em bactérias para que estas produzam, em larga escala, uma determinada proteína humana.


Além disso, o gene com interesse é clonado permitindo a sua conservação em diversas cópias para posteriores utilizações – biblioteca de genes.




DNA Complementar ou cDNA


Este DNA é obtido a partir de mRNA por complementaridade de bases, um mRNA que já sofreu processamento (não contém intrões).


A produção de cDNA é possível por acção da enzima transcriptase reversa. O mRNA funciona como molde para a síntese de uma cadeia de DNA, um processo inverso do que se passa habitualmente na transcrição.


Após a formação da primeira cadeia de cDNA a DNA polimerase forma a cadeia complementar, constituindo-se uma molécula estável.


A comparação entre o cDNA (sem intrões) e o DNA original permite localizar as regiões codificantes (exões) e as não codificantes (intrões) de um determinado gene.


O cDNA facilita a produção de proteínas de seres Eucariontes em bactérias uma vez que estas não possuem mecanismos de processamento do mRNA, isto é, em presença de um DNA original transcreveriam todo o gene, incluindo os intrões, obtendo-se proteínas diferentes das pretendidas.


Ao ser inserido um clone de cDNA garante-se a produção de proteína normal.


Reacção de polimerização em cadeia (PCR)



É uma das técnicas para clonar DNA de modo a obter grandes quantidade a partir de uma pequena amostra.


Fases do processo de amplificação de uma determinada porção de DNA:


Aquecimento do DNA para separar as duas cadeias;
• Adição de nucleótidos e da enzima DNA polimerase para que a dupla cadeia seja reconstruída a partir de cada uma das cadeias simples.
Repetição do procedimento de modo a produzir copias suficientes do DNA em estudo.


DNA fingerprint



Impressões digitais genéticas



Cada individuo possui o seu próprio DNA, que é único.


No seio do DNA encontram-se zonas de restrição – sequencias repetitivas ao longo da molécula – cujo numero, tamanho e localização são variáveis de individuo para individuo.



Submetido à acção das enzimas de restrição o DNA fragmenta-se em porções de diferentes tamanhos e pesos moleculares.


Estes pedaços de DNA, sujeitos a electroforese, revelam um padrão de fragmentos de restrição que é único para cada individuo funcionando com um “código de barras” genético.





Organismos Geneticamente Modificados



A manipulação genética, iniciada em microrganismos, alargou-se a outros seres vivos, vulgarmente animais e plantas.

Designam-se organismos geneticamente modificados (OGM) ou transgénicos, aqueles cujo genoma foi manipulado, apresentando diferenças relativamente à sua constituição original.

A manipulação genética permite obter, de forma rápida, organismos com características vantajosas (ex: plantas mais resistentes a doenças, a herbicidas, ao calor, à seca, à geada, com menos necessidade de adubos, com frutos maiores, com paladares novos, mais nutritivos, produzindo fármacos, etc.).


Os OGM levantam muita controvérsia não só em termos de saúde humana mas, sobretudo, em termos da perturbação ambiental.


Não é seguro que os OMG, através da reprodução, não disseminem genes manipulados alterando o equilíbrio das populações naturais.

terça-feira, 19 de janeiro de 2010

Genética do Cancro

Oncogenes

Proto-oncogenes – genes normais que estimulam a divisão celular, estando implicados na regulação da proliferação e da diferenciação das células.


Oncogenes – São sequencias de DNA resultantes da alteração quantitativa ou qualitativa (mutação) de Proto-oncogenes e que podem conduzir á formação de um tumor (cancro).


A mutação de um proto-oncogene em oncogene resulta da exposição a factores ambientais da natureza física, química ou biológica (agentes mutagénicos).


Genes Supressores Tumorais

Genes Supressores Tumorais – tal como os Proto-oncogenes estão envolvidos na divisão das células mas as proteínas a que dão origem contrariam o estímulo proliferativo dos Proto-oncogenes através de uma acção inibidora.

Quando estes genes sofrem uma mutação perdem a capacidade de realizar este controlo e a divisão celular realiza-se de forma descontrolada originando um cancro.

Aparecimento de um Cancro

Todos os cancros são genéticos na medida em que resultam de alterações de DNA mas os cancros hereditários são raros. Neste caso a alteração genética está presente em todas as células do indivíduo e manifesta-se muito cedo.

A maioria dos cancros (cerca de 95%) são cancros esporádicos e surgem como resultado de mutações somáticas que resultam da interacção ente o genoma do indivíduo e o ambiente (vírus, bactérias, hormonas, fumo do tabaco, radiações solares, poluição do ar, produtos químicos etc.)
Consoante o cancro, varia a importância da componente genética em relação à ambiental.

sexta-feira, 15 de janeiro de 2010

Gattaca - Experiência Genética (1997)

Hoje foi-nos proposto mais uma vez a visualização de um filme, inteiramente ligado com a genética, matéria que neste momento leccionamos.
Gattaca -Experiência Genética, é um filme de ficção científica produzido nos Estados Unidos em 1997, pelo realizador Andrew Niccol. Este filme conta com a participação de Ethan Hawke (Vincent Freeman / Jerome Morrow), Uma Thurman (Irene Cassini), Jude Law (Jerome Eugene Morrow), Gore Vidal (Diretor Josef), entre muitos outros grandes actores.

Posto isto, vou deixar-vos com uma breve sinopse do filme seguido do trailer do supracitado filme.

Num futuro no qual os seres humanos são escolhidos geneticamente em laboratórios, as pessoas concebidas biologicamente são consideradas inválidas. Vincent Freeman (Ethan Hawke), o primogénito, nasceu do amor de seus pais sem preparos genéticos. Tem desde pequeno, o desejo de ser um astronauta, mas tem em seu código genético predisposições à doenças que não lhe permitem nada melhor em vida que o emprego ligado a limpezas. Consegue, porém, um lugar de destaque numa corporação, escondendo sua identidade genética verdadeira. Tudo segue perfeitamente, com muito esforço, até que no seu emprego um assassinato põe a máscara em risco, podendo expor seu passado. Gattaca remete-nos a um suposto futuro não tão distante, que nos mostra uma sociedade em que o Estado não tem controlo sobre a visão social da qualidade genética e em que tal manipulação genética criou novas espécies de castas, preconceitos e divisões sociais, aparentemente legitimadas pela ciência. Aos pais que desejam ter filhos é dada a oportunidade de escolher e manipular a interacção entre seus gâmetas, para gerarem filhos com a combinação melhor de qualidade genética possível. Esse procedimento acaba por criar uma distinção de quem está mais apto para a vivencia na sociedade e como resultado final, gera uma tarja a ser carregada para resto das suas vidas: Válido, no geral frutos dessa combinação genética planejada; ou Não-válido, humanos menos perfeitos, com mais propensões a doenças e deficiências, mesmo que mínimas. Aos Válidos são disponibilizados os melhores empregos e as grandes competições, enquanto para os Não-válidos é limitada a liberdade de escolha, por meios socioeconómicos, e como o próprio filme exemplifica, pelo seu currículo genético não se consegue um emprego melhor que auxiliar de limpeza. A história do filme envolve dois irmãos, "Vincent Anton" e "Anton", respectivamente concebidos de maneira natural e manipulado geneticamente. Ambos carregam o nome do pai, mas ao saber do resultado genético do primogénito, o pai inclui um primeiro nome diferente no filho não tão perfeito, resguardando seu nome para um segundo filho, supostamente o mais bem sucedido. O primeiro, Não-válido, mesmo tendo pré-disposição a várias doenças e uma previsão de sua morte para seus 30 anos, busca realizar seu sonho contra tudo e todos. Deseja Viajar para as estrelas e com todo seu esforço e um pouco de corrupção do sistema, tenta superar os limites impostos ao seu destino, sendo obrigado a esconder de todos quem ele realmente é.

Mutações Cromossómicas


Podem ocorrer quer em autossomas quer em cromossomas sexuais, desencadeando um conjunto de sintomas globalmente designado por sindroma.




Mutações cromossómicas estruturais

O número de cromossomas mantém-se mas ocorrem perdas, ganhos e rearranjos de determinadas porções de cromossoma.

Delecção – perda de material cromossómico (no centro ou na extremidade).

Translocação – transferência de material de um cromossoma para outro não homólogo (Translocação simples) ou troca de segmentos entre dois cromossomas não homólogos (Translocação recíproca).

Duplicação – Adição de um segmento cromossómico resultante do cromossoma homólogo, duplicando-se um conjunto de genes.


Inversão – Rotação de 180º de um segmento cromossómico em relação á posição normal, com inversão da ordem dos genes.



Mutações Cromossómicas



É sobretudo a ruptura da estrutura linear dos cromossomas durante o crossing-over, seguida de uma reparação deficiente, que determina o aparecimento de alterações estruturais.







 Mutações Cromossómicas Numéricas



Euploidia – o Cariótipo apresenta o número normal de cromossomas.
Aneuploidia – o Cariótipo, num determinado par de homólogos, apresenta anomalias, por excesso ou por defeito, no número de cromossomas.
Poliploidia – todo o conjunto de cromossomas fica multiplicado.





Mutações Cromossómicas numéricas (Aneuploidias)
• Trissomia – o individuo apresenta não um par de homólogos mas três cromossomas (2n+1);
• Monossomia – para um determinado par, o individuo possui apenas um cromossoma (2n-1);
• Nulissomia – em casos muito raros pode não existir nenhum cromossoma de um determinado par (2n-2).





Durante a meiose pode ocorrer quer uma não disjunção de cromossomas homólogos na divisão I, quer uma não disjunção de cromatídeos na divisão II.


De ambos os casos resultam células com excesso ou com défice de cromossomas.

Grande parte dos embriões que resultam de gâmetas com anomalias Cromossómicas numéricas abortam espontaneamente. Outros, sobrevivem.

Aneuploidias





Poliploidia

Poliploidia

As mutações Cromossómicas numéricas conduzem frequentemente ao aparecimento de indivíduos poliplóides.


Nestes indivíduos existe um número de conjuntos completos de cromossomas que é múltiplo do número haplóide primitivo existente nos gâmetas.

Apresentam Cariótipo triplóides (3n), tetraplóides (4n) ou mesmo números mais elevados de cromossomas.

Causas de Poliploidia

Não disjunção dos cromossomas durante a mitose ou durante a meiose.

• Disjunção dos cromossomas mas inexistência de citocinese.


Efeitos da Poliploidia

• A Poliploidia pode conduzir à formação de novas espécies. Estima-se que a maioria das espécies de plantas actuais sejam poliplóides (70% das angiospérmicas e 95% das gimnospérmicas).

• As espécies poliplóides apresentam vários conjuntos cromossómicos das espécies de onde provieram, apresentando vantagens adaptativas.