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27/09/2018
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BIOTECNOLOGIA
Prof. Dr. Gabriel [email protected]
Biotecnologia
Campo da biologia que envolve o uso de organismos vivos
ou componentes biológicos para a obtenção de produtos
ou serviços de interesse humano.
Fabricação de vinho
Fabricação de pão
caseiro
Biotecnologia
Campo da biologia que envolve o uso de organismos vivos
ou componentes biológicos para a obtenção de produtos
ou serviços de interesse humano.
Aplicações da Biotecnologia
• Aumentar e melhorar a qualidade e produtividade
dos produtos;
• Redução de custos;
• Implantar sistemas produtivos ambientalmente
sustentáveis;
• Melhorar a qualidade de vida de pacientes
portadores de doenças incuráveis;
• Produzir medicamentos mais baratos e mais
eficazes;
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Células-Tronco
São células indiferenciadas capazes de se transformar em
outros tipos celulares com funções específicas no
organismo.
Biotecnologia
Células-Tronco
Biotecnologia
Célula-tronco Neurônio
Diferenciação celular
Sem função definida Exerce função no organismo
Todos os genes ativados
Parte dos genes inativados e outra parte
em atividade
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Células-Tronco – Tipos:
1. Células-tronco Totipotentes
� Obtidas do embrião até a mórula (primeiro estágio embrionário).
� Podem se diferenciar em qualquer um dos 216 tipos de células
humanas e ainda formar qualquer anexo embrionário (placenta,
córion, alantóide, saco vitelínico e âmnion).
Biotecnologia
Células-Tronco – Tipos:
1. Células-tronco Totipotentes
Biotecnologia
Fecundação
Células-Tronco – Tipos:
2. Células-Tronco Embrionárias (Pluripotentes)
� Células retiradas do interior do embrião na fase de blastocisto,
região denominada embrioblasto ou massa celular interna (MCI).
� São células indiferenciadas, que podem se diferenciar em qualquer
um dos 216 tipos de células humanas e não formam anexos
embrionários.
Biotecnologia
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Células-Tronco – Tipos:
3. Células -Tronco Adultas (Multipotentes)
� São células indiferenciadas obtidas a partir da medula óssea,
cordão umbilical, intestino e pele.
� São capazes de originar somente os tipos celulares que compõem o
tecido ou órgão específico onde estão situadas.
Biotecnologia
Células-Tronco – Tipos:
3. Células -Tronco Adultas (Multipotentes)
Biotecnologia
Células-Tronco
LEI BRASILEIRA DE BIOSSEGURANÇA (LEI N°11.105/2005)
� Só é permitido o uso de células-tronco embrionárias a partir de
embriões que estejam congelados há no mínimo três anos ou que
sejam por algum motivo inviável para implantação.
� Além disso, a utilização de células-tronco obtidas de embriões é
liberada apenas para fins terapêuticos ou científicos.
Biotecnologia
Células-tronco IPS (Pluripotentes Induzidas)
Biotecnologia
Não há necessidadede uso de embriões.
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Clonagem
Um clone é um indivíduo derivado de outro e que possui
o mesmo patrimônio genético do indivíduo original.
Biotecnologia Biotecnologia
Clonagem
Natural
Artificial
Reprodutiva
Terapêutica
Clonagem Natural
Ocorre por reprodução assexuada (estaquia, fragmentação,
brotamento, bipartição, ...) ou devido à separação das células do
embrião na fase de blastocisto.
Biotecnologia
Clonagem Natural
Ocorre por reprodução assexuada (estaquia, fragmentação,
brotamento, bipartição, ...) ou devido à separação das células do
embrião na fase de blastocisto.
Biotecnologia
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Clonagem Artificial
Reprodutiva
Clonagem artificial
terapêutica
Tecnologia do DNA Recombinante(Engenharia Genética)
Técnica que permite manipulação do DNA para diversos fins de
estudo.
Ferramentas principais:
� Plasmídeos: DNA extracromossomal circular bacteriano.
� Enzimas de restrição: Cortam o DNA em locais específicos
(sequências palíndromos).
� Enzimas ligase: Unem fragmentos de DNA.
Biotecnologia
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Vetores de clonagem molecular
•O termo vetor é usado para
descrever qualquer veículo que
carrega o DNA para o interior de
uma célula hospedeira.
Vetores ou veículos de clonagem:
- Plasmídeo (1000-10.000 pb)
- Bacteriófago (10.000-30.000 pb)
- Cosmídeo (35.000-40.000 pb)
- Cromossomo artificial de bactéria (BAC) (300.000 pb)
- Cromossomo artificial de levedura (YAC)
Plasmídeo: São pequenas moléculas de DNA dupla fita, contendo os elementos necessários para a sua replicação e pelo menos um gene que confere resistência a antibiótico.
Bactéria transgênicaprodutora de insulinahumana
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Genética Molecular – Genômica
Transgênico x Cisgênico
Qualquer organismo que possui um ou mais genes de outra espécie.
Biotecnologia
Leonard, J. N. The First Farmers, 1974.
Biotecnologia Vegetal Plantas Transgênicas
Pamela Ronald – The case for engineering our food – TED2015
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Plantas Transgênicas
Pamela Ronald – The case for engineering our food – TED2015 Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector
Método Tradicional
Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector
Transgenia
Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector
Cisgenia
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Aplicações da Biotecnologia Vegetal
• Melhoramento de plantas e aumento da produtividade
• Produção de plantas adaptadas às condições adversas de clima (seca, frio) e solo
• Resistência a insetos e doenças
• Vegetais enriquecidos em termos de nutrientes: como vitaminas (β caroteno), proteínas e ferro
Golden rice: Arroz transgênico
Golden Rice: Arroz transgênico
• Nenhuma espécie de arroz produz beta-caroteno (precursor de vitamina A), crucial para a visão e resistência à doenças
Plantas Transgênicas
Pamela Ronald – The case for engineering our food – TED2015
Arroz dourado - betacarotenoPlantas Transgênicas
Pamela Ronald – The case for engineering our food – TED2015
Vírus da mancha anelar
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Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector
Plantas Transgênicas
Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector
Plantas Transgênicas
Fonte: Recombinant DNA 2ª Edição / http://www.isogen-lifescience.com/luciferase-reporter-vector
Plantas Transgênicas
Variedade domesticadaVariedade silvestre Resultado
Cruzamento
tradicional
Gene desejável
X
Biotecnologia
moderna
Gene desejável
Transformação Genética de plantas
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1. Identificar um gene de
interesse;
2. Isolar o gene de interesse;
3. Inserir (Clonar) o gene em um
vetor de expressão;
4. Transformação - Transferir para
o tecido da planta;
5. Regenerar plantas;
6. Análise e testes de segurança;
7. Testes de campo
8. Aprovação e Comercialização
Produção de plantas transgênicas
MÉTODOS DE TRANFORMAÇÃO
ELETROPORAÇÃO: A célula é submetidaa um campo elétrico que faz com quepequenos poros sejam abertostemporariamente em sua membrana poronde o DNA pode ser inserido
TÉCNICA DE MICROINJEÇÃO: permite a introdução direta e precisa doDNA exógeno no citoplasma e/ou núcleo do protoplasto ou da célula vegetal,por meio de uma micro seringa. A fina agulha capilar não destrói a célulainoculada, permitindo sua posterior recomposição.
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TÉCNICA DE BIOBALÍSTICA OU BIOLÍSTICA
-Microprojéteis (ouro ou
tungstênio 1 a 3 µm);
-São aceleradas
(>1500Km/h) por um gás
carreador, que projeta
estas esferas contra
células;
-Entrada do DNA no
núcleo das células
bombardeadas.Gene gun - arma genética
BiobalísticaFonte: Genetics - from genes to genomes, 2ª Edição
Genética Molecular –Transgênicos
Tumor tipo galha-da-coroa provocado por Agrobacterium tumefaciens
Fonte: Genetics - from genes to genomes, 2ª Edição
Técnica da Agrobacterium tumefaciens Transferência via Agrobacterium
A. tumefaciens
núcleo
Célula da planta
Plasmidio Ti pTi
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INTRODUÇÃO POR PROCESSO NATURAL DE DNA EXÓGENO
Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium
65%
Biolística
21%
Outros
7%Peg + Eletrop.
7%
Métodos utilizados para transformação
Insegurança Pontos Positivos Pontos Negativos
Redução dos custos de produção. Efeitos colaterais desconhecidos
Menos despesas com agrotóxicos e
adubos.
Prejuízos ao ecossistema
Produção de alimentos ricos em
proteínas e vitaminas.
Surgimento de superpragas
Produção de alimentos pobres em
gordura trans.
Diminuição da biodiversidade
Produção de alimentos contendo
vacinas
Monopólio da tecnologia nas mãos
de empresas estrangeiras
Produção de espécies resistentes à
secas e geadas.
Cobrança de royalties (patentes)
Erradicação da fome no mundo. Eliminação dos pequenos
produtores agrícolas
Aumento do desemprego
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Portaria do Min. da Justiça de nº 2.658, de 22/12/2003
Apresentação Gráfica do Símbolo para Rótulos
Impressos em Policromia:
Apresentação Gráfica do Símbolo para Rótulos
Impressos em Preto e Branco:
Fonte: Tsai et al. Detecção Quantitativa de OGMs (curso CENA/USP), 2004
Plantas Transgênicas
• Rotulagem de OGMsIdentificação de pessoas pelo DNA
Biotecnologia
Cada indivíduo possui a sua própria
informação genética.
Nas moléculas de DNA encontram-se
regiões de repetições de bases
nitrogenadas, cujo número, tamanho e
localização são variáveis de individuo para
indivíduo.
Técnicas: RFLP e PCR
Identificação de pessoas pelo DNA
Biotecnologia
Aparelho de PCR Técnica de Eletroforese
Identificação de pessoas pelo DNA
Biotecnologia
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Eletroforese em gel de poliacrilamida(SDS-PAGE)
Genética Molecular – Ferramentas Básicas
Eletroforese em gel de poliacrilamida(SDS-PAGE)
Genética Molecular – Ferramentas Básicas
Controle Tratamento
Genética Molecular – Genômica
Controle Tratamento
Genética Molecular – Genômica
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Identificação de pessoas pelo DNA
Biotecnologia
Padrões de VNTR de três suspeitos de um
crime em que foi feito a técnica de
eletroforese utilizando-se uma gota de
sangue.
Biotecnologia
Teste de paternidade
Biotecnologia
Teste de paternidadeTeste de paternidade
Biotecnologia
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Teste de paternidade
Biotecnologia
• Em 1997
• University of Munich (Svante Paabo)
• Sequência de 379pb DNA mitocondrial
Genética Molecular – Genômica
Descoberto
em 1856
• DIFICULDADES:
- Fragmentação do DNA
- Quantidade de DNA
- Cuidado com contaminantes
Genética Molecular – Genômica
• 13 anos depois (2010)
- Max Planck Institute (Svante Paabo)
- Sequenciamento de mais de 4 bilhões de pb
Genética Molecular – Genômica
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Genética Molecular – Genômica Genética Molecular – Genômica
– Os primeiros genomas sequenciados:
• Bactéria de vida livre Haemophilus influenzae (1995 – 1.8 Mb)
• Bactéria do trato intestinal Escherichia coli
• Primeiro Eucarioto: Saccharomyces cerevisae (1996 – 12 Mb)
• No Brasil: Bactéria Xylella fastidiosa (primeiro fitopatógeno)
• Primeira planta: Arabidopsis thaliana
• Animais: Caenorhabditis elegans (1998 – 100 Mb)
• Animais: Drosophila melanogaster (2000 – 180 Mb)
• Genoma Humano (2001 – Primeiro esboço de 3000 Mb)
Escherichia coli C. elegans H. influenzae Arabidopsis thaliana
Por que sequenciar um genoma?
Genética Molecular – Genômica
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•Tamanho acurado dos genomas
• Número e tipo de genes• Estrutura gene/genoma
• composição de bases• regiões reguladoras• duplicações
• Ferramentas para estudar a função gênica
• Enfoque direto (Fenótipo ao gene)
• Enfoque reverso (Gene ao fenótipo)
Genética Molecular – Genômica
Quais organismos foram sequenciados primeiro?
Genética Molecular – Genômica
• Caenorhabditis elegans (1998)
• Drosophila melanogaster (2000)
• Arabidopsis thaliana (2000)
•Por quê?
Genética Molecular – Genômica
• Caenorhabditis elegans (1998)
• Drosophila melanogaster (2000)
• Arabidopsis thaliana (2000)
Genética Molecular – Genômica
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• Caenorhabditis elegans (1998)
• Drosophila melanogaster (2000)
• Arabidopsis thaliana (2000)
• Por quê?– Organismos pequenos
– Genoma pequeno (50 – 150 Mpb)
– Ciclo de desenvolvimento curto
– Grande número de progênies
Genética Molecular – Genômica
Hartl, “Genetics” 3a Ed, 1994, p 374
Genética Molecular – Genômica
Como é feito o sequenciamento?
Genética Molecular – Genômica Genética Molecular – Genômica
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Genética Molecular – Genômica Genética Molecular – Genômica
MAPA DE MAIOR RESOLUÇÃO
- Sequência completa do DNA do genoma
Genética Molecular – Genômica
- Sequência completa do DNA do genoma
Genética Molecular – Genômica
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Genética Molecular – Genômica
MAIOR DESAFIO DO SEQUENCIAMENTO
Genética Molecular – Genômica
MAIOR DESAFIO: MONTAGEM DE SEQUÊNCIA
Genética Molecular – Genômica Genética Molecular – Genômica
DNA genômico fragmentado
Ligação dos fragmentos em vetores BAC
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Genética Molecular – Genômica
WGS de ÚLTIMA GERAÇÃO
Genética Molecular – Genômica
Genética Molecular – Genômica
WGS de ÚLTIMA GERAÇÃO
Genética Molecular – Genômica
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genemap98/
Sequenciamento automático
Genética Molecular – Genômica
Escala industrial
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genemap98/
Genética Molecular – Genômica
Alta capacidade de processamento
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genemap98/
Genética Molecular – Genômica
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Genética Molecular – Genômica
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Genética Molecular – Genômica
Obstrução de vasos responsáveis
pelo transporte de água e nutrientes
http://www.fapesp.br
Genética Molecular – Genômica
Genética Molecular – Genômica
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•O que não podemos aprender com osgenomas sequenciados?
– Qual a função destes genes na célula?
– Qual a interação dos produtos gênicos?
Genética Molecular – Genômica
Até a próxima aula...
Prof. Gabriel Feresin
Colégio Olimpo