SARS-CoV-2 e a Engenharia Genética

O PCR pode ser usado para amplificar quantidades infinitesimais de material genético de agentes patogénicos que possam estar presentes em amostras de sangue, células, água, alimentos e outras amostras biológicas ou ambientais. Testes baseados em técnicas de PCR podem ser postos em prática para deteção de agentes infeciosos que são extremamente difíceis de cultivar em laboratório.

Além desta técnica, muitas outras têm sido desenvolvidas com vista à manipulação do material genético.

Biologia 12 – Engenharia Genética (Powerpoint)

São várias as aplicações da Engenharia Genética (biotecnologia) na saúde, tais como a produção de vacinas e antibióticos, o desenvolvimento de novas drogas, técnicas de diagnóstico molecular, terapias regenerativas e o desenvolvimento da engenharia genética para tratar doenças através de manipulação genética.

A Engenharia Genética permite manipular diretamente os genes de determinados organismos com objetivos práticos. São várias as aplicações da Engenharia Genética e as técnicas utilizadas.

Escherichia coli: o sistema hospedeiro por eleição

A Escherichia coli continua a ser o hospedeiro preferido para a expressão de proteínas recombinantes e as razões do seu uso são bem conhecidas: facilidade de manipulação genética, culturas de baixo custo e uma expressão rápida, com as proteínas a serem normalmente produzidas num só dia. Estes organismos apresentam plasmídeos que podem ser utilizados como vetores. Um vetor é uma entidade constituída por DNA, que transfere de uma célula ou de um organismo dador para uma célula de um organismo recetor.

Tecnologia do DNA recombinante

Permite combinar ma mesma molécula de DNA genes provenientes de fontes diferentes, mas não necessariamente de espécies diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante (rDNA).

A obtenção e expressão de uma molécula de rDNA processa-se do seguinte modo:

  1. Seleciona-se uma molécula de DNA dadora, contendo gene com interesse que se pretende transferir e clonar, e um vetor (utilização de plasmídeos) adequado.
  2. A molécula de DNA e o vetor são tratados com a mesma enzima de restrição, que corta as duas moléculas em regiões com a mesma sequência de nucleótidos.
  3. Misturam-se os fragmentos de restrição da molécula de DNA e o vetor e juntam-se ligases(enzimas) do DNA.
  4. O vetor contendo o DNA dador, é transferido para uma célula ou organismo recetor.
  5. O DNA dador é incorporado no genoma da célula ou do organismo recetor, que passa a possuir um DNA recombinante.

DNA complementar (cDNA)

O cDNA é uma molécula de DNA sem intrões que é diretamente transcrita numa molécula de RNA funcional.  No processo de obtenção de cDNA isola-se uma molécula de mRNA funcional da célula à qual é adicionada uma transcriptase reversa (enzima) e nucleótidos de DNA. A transcriptase cataliza  síntese de uma cadeia simples de DNA a partir do molde de mRNA. Na fase final tem de ser adicionada a enzima DNA polimerase à cadeia molde permitindo assim a formação da cadeia complementar. O fragmento de DNA obtido pode agora ser inserido num vetor utilizando a tecnologia do DNA recombinante.

Reacções de Polimerização em cadeia (PCR)

Este processo permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células. O fragmento de DNA algo começa por ser aquecido de modo a separar as duas cadeias da dupla hélice. Adicionam-se nucleótidos e DNA polimerase resistente ao calor (obtida a partir de microrganismos termófilos). A DNA polimerase cataliza a formação das cadeias complementares reconstituindo a dupla hélice. Este procedimento é repetido e em cada ciclo a quantidade de DNA duplica. Esta técnica permite a obtenção de biliões de cópias de uma porção de DNA em poucas horas e é executada por aparelhos.

Geologia no processo de Polymerase Chain Reaction (PCR)

A PCR começou a ser desenvolvida na década de 80 por Kary Mullis, o qual recebeu em 1993 o prémio Nobel da química precisamente por esse trabalho. As reações originais eram feitas em tubos contendo os componentes necessários e eram manualmente mudados entre banhos de água maria para se obter as temperaturas adequadas a cada etapa da reação. A enzima que fazia a amplificação, a DNA polimerase da E. coli era termossensível o que obrigava à adição de nova enzima no final de cada ciclo.

Mais tarde, a descoberta de polimerases termoestáveis revelou ser o maior avanço na tecnologia de automatização do PCR, não havendo a perda de enzima em cada ciclo Esta polimerase de bactérias (Thermus aquaticus) que habitam nascentes termais com águas extremamente quentes permitiram solucionar o problema uma vez que resistia a todos os ciclos  de aquecimento e arrefecimento.

DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas

Esta técnica é utilizada não só para resolver problemas relacionados com a filiação biológica mas, sobretudo, em ciência forense, na investigação criminal. Identifica indivíduos pelo número de fragmentos em que o DNA é dividido, após ser cortado pela enzima de restrição. A visualização é feita em gel. Os fragmentos de diferentes tamanhos, podem ser separados por eletroforese, isto é, quando o DNA é sujeito a uma campo elétrico, migra para o polo positivo, pois as cargas negativas dos grupos fosfato que compõem os nucleótidos são atraídas para este pólo. Fragmentos de DNA com menores dimensões movem-se mais rapidamente no gel do que fragmentos maiores. Como cada indivíduo (com exceção dos gémeos verdadeiros) possui um património genético único, quando o seu DNA é cortado com enzimas de restrição, gera-se um padrão de bandas típico. Este padrão de fragmentos funciona como um “código de barras” genético único para cada organismo.

O desenvolvimento da ciência e da tecnologia tem permitido produzir vacinas, medicamentos e alimentos geneticamente modificados para uma população crescente. No campo da ciência forense, as técnicas desenvolvidas permitem identificar um indivíduo com recurso a uma ínfima quantidade de material biológico.

Referências:

Biodesafios 12º ano. Edições Asa

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