Aula 1 -_introdução_à_biotecnologia
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Biotecnologia
Pro fa . Dra . DANIELA DEFAVARI DO NASCIMENTO
Biotecnologia
Plano de Ensino
Bibliografia
Avaliação
Conteúdo Programático
Datas Importantes
� Primeira Prova Bimestral: 29/09/2011
� Segunda Prova Bimestral: 24/11/2011
Entrega de relatórios de aulas práticas: sempre na � Entrega de relatórios de aulas práticas: sempre na semana seguinte a cada aula prática. (A não entrega acarretará em ausência e zero).
� Alunos sem equipamentos de segurança (jalecos, etc) serão impedidos de entrar nas aulas práticas, ficando portanto com ausência e zero.
Biotecnologia
� Aplicação tecnológica que utiliza sistemas biológicos e organismos vivos ou seus derivados para a criação ou modificação de diversos produtos ou processos em uso
� Não é considerada uma ciência como tal, mas sim qualquer técnica ou tecnologia que emprega organismos vivos ou seus técnica ou tecnologia que emprega organismos vivos ou seus componentes com o objetivo de melhorar espécies de plantas ou animais, ou desenvolver microorganismos, para um fim determinado e, geralmente, utilizada em benefício do ser humano
� Enfoque multidisciplinar, já que envolve várias ciências e disciplinas: biologia, bioquímica, genética, virologia, agronomia, engenharia, química, medicina, veterinária e outras
Biotecnologia
� É a aplicação de um conjunto de tecnologias: desde técnicas “tradicionais”, já amplamente estabelecidas, conhecidas e utilizadas desde a antiguidade (por exemplo, a fermentação de alimentos e o controle biológico), até as técnicas “modernas”, baseadas no exemplo, a fermentação de alimentos e o controle biológico), até as técnicas “modernas”, baseadas no emprego de novas técnicas de DNA recombinante (engenharia genética), nos anticorpos monoclonais e nos novos métodos de cultivo de células e tecidos
� A biotecnologia moderna tem gerado uma grande polêmica, sobretudo no que se refere à clonagem e ao uso de organismos geneticamente modificados
Evolução da Biotecnologia
� Empregada pelo ser humano desde o início da história da humanidade, quando se tornou sedentário (há cerca de 10.000 anos)
� Primeiro tipo de domesticação que o homem aprendeu a realizar não foi a animal, mas a levedura (Saccharomyces spp.) no preparo de pão, queijo, iogurte e bebidas alcoólicas (cerveja e vinho)de pão, queijo, iogurte e bebidas alcoólicas (cerveja e vinho)
� Finalidade era tornar alimentos como o leite e o suco de uvas mais apetitosos
� Além disso, o ser humano também começou com o melhoramento de cultivos e com a domesticação de animais, mediante cruzamentos, fator limitante na melhora de organismos, já que os métodos convencionais, incluindo alguns descritos desde o Antigo Testamento, eram demorados e empíricos, além de serem efetuados por meio de teste e erro
Setor Produto/Atividade
Alimentar Laticínios, peixes e produtos de carne; novos gêneros
alimentícios; amido; xaropes; aditivos alimentares; corantes;
aromatizantes; estabilizadores; leveduras; aminoácidos;
Setores industriais beneficiadospela Biotecnologia
vitaminas.
Agrícola Insumos; pesticidas microbianos incluindo virais; inoculantes
de fixação de N; inoculantes de micorrizas; propagação
vegetativa; produção de embriões; vacinas.
Químico Ácidos orgânicos; álcoois; cetonas; enzimas; polímeros;
perfumarias; extração de metais; bioacumulação.
Setor Produto/Atividade
Fermentação Cervejas, vinhos, destilados; queijo, proteínas de
unicelulares; produtos químicos, álcoois combustíveis;
Setores industriais beneficiadospela Biotecnologia(continuação)
unicelulares; produtos químicos, álcoois combustíveis;
enzimas; antibióticos; drogas; vitaminas; vacinas.
Energético Biomassa; etanol; metano.
Serviços Aproveitamento de resíduos; purificação de água;
tratamento de efluentes; recuperação de petróleo.
(Mantell et al., 1994)
Fermentação
DNA
MEIO AMBIENTE
AGRICULTURA MEDICINA
Monitoramentoambiental
Biorremediação
Prevençãode poluição
Diagnósticos Vacinas
Terapias
Rendimentode safras
Saúde animal
Qualidade dosalimentos
APLICAÇÕES
Tecnologia debioprocessamentoTecnologia
de antisensoEngenharia
Engenharia
Engenharia de tecidos
Tecnologia debiosensores
INSTRUMENTOS BIOTECNOLÓGICOSEngenharia de proteínas
Tecnologia de anticorposmonoclonais
Tecnologia dechip de DNA
Engenhariagenética
Tecnologia de culturade células e tecidos
CONHECIMENTO CIENTÍFICO
BioquímicaBiologiacelular
Engenhariaquímica
Ciências dacomputação
Ciências dosmateriais
GenéticaImunologiaFisiologia
Biologiamolecular
Microbiologia
Engenhariabioquímica
Kreuzer & Massey, 2002
Marcadores Moleculares
� RFLP (digestão do DNA com enzimas de restrição, corrida em gel e hibridização)
� RAPD (amplificação do DNA)
� AFLP (digestão e amplificação)
� Microssatélites ou SSR
� STR
� SNP
Enzimas de restrição
� Funcionam como "tesouras" capazes de clivar o DNA com precisão em locais bem definidos.
� Hoje em dia conhecem-se centenas de enzimas de restrição isoladas de inúmeras bactérias.de restrição isoladas de inúmeras bactérias.
� As enzimas de restrição reconhecem e atuam sobre sequências específicas de DNA.
� http://www.e-escola.pt/site/topico.asp?topico=279&canal=5
Bioinformática
� Manipulação, análise e armazenamento de dados biotecnológicos
Expressão em bactériaspara produção em massade proteínas(ex.: taumatina) CLONAGEM DE
GENES DEPLANTAS
CLONAGEM DEGENES DEBACTÉRIAS
Mutagênese
(Mantell et al., 1994)
MutagêneseSítio-específica
Substituição na mesma espécie (ex.: proteínas de reserva de sementes)
Transferência para uma diferente espécie (ex.: tolerância a sais e
resistência a herbicidas)
Planta
Cultura de tecidos
Cultura de protoplastos Cultura de calos Cultura de meristemas1. Fusão de protoplastos(híbridos somáticos)
2. Transformação
1. Micropropagação2. Variação somaclonal3. Embriogênese somática(sementes artificiais)
4. Metabólitos secundários
1. Micropropagação2. Eliminação de vírus3. Manutenção de germoplasma
Meio de cultura
� Composição: � água,
� nutrientes (N, P, K, S, Ca, Mg, C, Fe, Mo, Cu, Cl, Zn, Mn, Co), Mn, Co),
� carboidratos,
� aminoácidos,
� vitaminas,
� fitorreguladores.
Micropropagação
Agricultura
• Transgênicos
Processo de modificação do genoma do organismo através da incorporação de um fragmento de DNA de uma espécie diferente, utilizando a Tecnologia do DNA Recombinante. diferente, utilizando a Tecnologia do DNA Recombinante.
� Transgênico
Indivíduo que possui um gene exógeno adquirido por meio de um dos vários Métodos de Transformação.
› introdução de genes exógenos que possuem uma função conhecida
› O gene que contém a informação para síntese de uma proteína
Tecnologia do DNA Recombinante
Exemplos: insulina humana, hormônios de crescimento humano, plantas resistentes a vírus, plantas tolerantes a insetos, plantas resistentes a herbicidas e produção de bactérias utilizadas para biodegradação de vazamentos de óleos ou lixos tóxicos.
› O gene que contém a informação para síntese de uma proteína de interesse pode ser transferido para outro organismo que produzirá grandes quantidades dessa determinada proteína
Como Produzir moléculas de DNA Recombinante ?
DNA de espécies de interesse são cortados comEnzimas de Restrição
C
A
A
CG G T
T
C
GC GC C
A
A
CG G T
T
C
GC GC
Técnica de PCR
Finalidade de produzir rapidamente
grande quantidade de cópias de uma grande quantidade de cópias de uma
determinada sequência de DNA,com o
auxílio de primers específicos.
Reação de PCR
� Clonagem Molecular
Consiste no isolamento e
propagação de moléculas de
DNA idênticas.
Próximo Passo
Vetor
Fragmento de DNA alvo
Clivagem do DNA
com enzima de
restrição para
produzir
extremidades
coesivas
DNA idênticas.
O fragmento do DNA de
interesse (inserto) é ligado a um
vetor para formar o DNA
recombinante.
Ligação das
extremidades coesivas
(DNA Ligase)
DNA
Recombinante
Inserto
�TransformaçãoO DNA recombinante é introduzido numa
célula hospedeira compatível.
DNA Recombinante
Um único transformante, em condições
ideais, sofre muitos ciclos de divisão
celular, produzindo uma colônia que
contém milhares de cópias do DNA
recombinante.
� Vetores de Clonagem
�Plasmídios: DNA circular extracromossômico
encontrados em bactérias e leveduras
Transformação Genética
Uma vez clonado e multiplicado, o gene pode ser manipulado
e utilizado em diversas análises, incluindo a introdução desse
gene em um organismo diferente do qual foi isolado.
� Pré- Requisitos
1. Cultura de Tecidos (propagação e regeneração)
2. Método eficiente de introdução do DNA
3. Agentes seletivos para os tecidos transgênicos
Cultura de tecidos
� É necessário
portanto que a célula
� Introdução de genes em células isoladas
que recebeu o gene
de interesse seja
capaz de originar um
organismo completo
(regeneração)
�Química
� Eletroporação
Métodos de Transformação
�Microinjeção
�Biolística
�Agrobacterium
Eletroporação
Protoplastos
Microinjeção
Biolística
Câmara de Vácuo
� Biolística
Cana-de-açúcar transgênica
Agrobacterium
�Na Natureza:
Agrobacterium tumefaciens� Galha da coroa
Agrobacterium rhizogenes
� Síndrome das raízes em cabeleira
Plasmídio Ti� Agrobacterium
� Elementos essenciais ao processo de transferência
► Região vir
► Extremidades do T-DNA (25pb)
Transformação de Eucalipto
BA C
D FE
BA C
D FE
BA C
D FE
González et al (2002)
Como ocorre a transferência ?
� Agrobacterium
� Gene uidA: expresão da ββββ-glucuronidase (GUS)
Como Selecionar os Transformantes ?
� Genes Marcadores� Fenótipos facilmente detectáveis
� Indicação que o gene de interesse está se expressando
Gene uidA: expresão da -glucuronidase (GUS)
� Gene bar: gene de resistência ao herbicida glifosato
� Gene nptII: de resistência ao antibiótico canamicina
� Gene gfp: expresão da “green fluorescent protein”
Transformação Genética
GUS GFP
Folhas de N. benthamiana
• Clonagem
Pecuária
Animais transgênicos
Andi
Ambiente
Biorremediação de metais pesados
Derramamento de petróleo
Medicina
• Terapia gênica
• Células tronco
Medicina
• Vacinas de DNA
Medicina
• Vacinas de DNA
•Vacinas comestíveis
• Produção de insulina, hormônios e outras substâncias por microrganismos ou plantas
Medicina
• Diagnóstico precoce de doenças•Práticas forense•Testes de paternidade