1. MÓDULO V
Chips de DNA

2. Chips de DNA: janelas para o genoma das células
Laboratório Virtual de Biotecnologia
Introdução
Em
cientistas
1995,
uma
utilizem
esta
ferramenta
equipa
revolucionária nas suas investigações,
multidisciplinar da Universidade de
abordando de uma nova forma os
Stanford
problemas da sua área científica.
publicou
um
artigo
que
descrevia uma nova tecnologia que
revolucionou
cientistas
a
forma
abordam
o
como
os
estudo
da
O que são chips de DNA?
Os chips de DNA são ferramentas
expressão e regulação génica. Essa
modernas
nova tecnologia baseia-se nos chips
possibilitam a análise da expressão
de DNA e permite a monitorização
génica de uma ou mais amostras.
da
Biotecnologia
que
simultânea da expressão de centenas
Existem vários tipos de chips de
ou milhares de genes em diferentes
DNA (Fig.1). Alguns são “caseiros”, ou
tipos de células.
seja, são feitos em laboratórios de
O impacto desta tecnologia na
investigação
científica
investigação
para
serem
utilizados
deve-se
nos vários grupos de investigação do
principalmente ao facto dos chips de
próprio laboratório, enquanto outros
DNA
da
são comercializados por empresas de
expressão do genoma de uma célula
Biotecnologia que os produzem a um
no seu todo.
ritmo intenso. No entanto, todos se
permitirem
Antes
do
a
análise
desenvolvimento
dos
baseiam no mesmo princípio: uma
chips de DNA, a investigação era feita
sequência
de tal modo que eram necessários
tendência a procurar e a ligar-se à
vários dias para analisar a expressão
sua
de um único gene. Os chips de DNA
fenómeno denominado hibridação.
permitem, num único dia, a análise
simultânea de milhares de genes.
Segundo
muitos
de
DNA
sequência
investigadores,
entendimento
colocados
milhares
funcionamento
onde
de
são
pontos
ordenados de tal modo que todos
presentes num organismo. As suas
estão à mesma distância dos seus
aplicações são já numerosas, sendo
pontos vizinhos. Em cada um desses
de
pontos está adsorvida uma sequência
que
cada
os
e
silicone)
genes
esperar
todos
complementar,
uma lâmina de microscópio ou uma
de
de
tem
uma placa de suporte (normalmente
membrana
interacção
RNA
Um chip de DNA é constituído por
esta tecnologia será a chave para o
do
ou
vez
mais
2

3. de
DNA
(denominada
sonda)
que
que,
numa
experiência
real,
é
pode corresponder a um gene, ou a
necessário um passo adicional para
parte da sua sequência.
que se possam observar e analisar os
resultados.
Normalmente,
chips
de
DNA
a
utilização
numa
de
experiência
envolve as seguintes etapas:
Isolamento do mRNA – a primeira
etapa de uma experiência deste tipo
corresponde à selecção das células
A
B
Figura 1 – Chip de DNA produzido pela empresa
Affymetrix (A) e chip de DNA “caseiro” (B).
Para
que
possa
expressar
um
gene, uma célula tem que fazer a sua
transcrição (construindo uma “cópia”
da sequência de DNA do gene, ou
seja, construindo uma molécula de
mRNA) para depois poder recorrer aos
ribossomas, que farão a tradução do
mRNA numa proteína funcional. Esta
sucessão
de
acontecimentos
processa-se do seguinte modo:
que se pretendem estudar. Se, por
exemplo,
se
estiver
a
analisar
a
expressão génica num tipo de cancro,
iremos extrair o mRNA de uma célula
cancerosa mas também de uma célula
normal para termos um controlo, um
termo de comparação. A extracção do
mRNA deve ser bem efectuada, ou
seja, a solução extraída não deve
conter proteínas ou DNA, pois estas
moléculas
podem
interferir
nos
resultados finais.
Formação do cDNA – de modo a
DNA (gene) → mRNA → proteína
Assim, é possível concluir que
prevenir que o mRNA se degrade, é
necessário
produzir
molécula
cada gene que esteja a ser expresso
mais
num determinado momento vai ter o
através do uso de uma enzima, a
seu mRNA correspondente presente
transcriptase reversa. Os nucleótidos
na célula. Extraindo esse mRNA e
que formam o cDNA são ligados a
colocando-o num chip de DNA que
uma molécula de corante fluorescente
contenha
e, assim, toda a molécula de cDNA
mesma
todos
célula,
os
genes
poderemos
dessa
esperar
fica
estável,
uma
corada,
denominada
o
que
cDNA,
permitirá
a
que esse mRNA se ligue à sequência
posterior visualização. É necessário
de DNA complementar presente no
que os cDNA’s das duas amostras
chip.
sejam
Sabendo
a
que
gene
corados
com
corantes
comprimento
corresponde aquele ponto poderemos
diferente
saber que ele está a ser expresso na
Normalmente utiliza-se um corante
célula. Deve no entanto referir-se
verde
para
a
amostra
de
de
de
onda.
células
3

4. normais
(controlo)
e
um
corante
vermelho para a amostra em estudo.
Isto permitirá a distinção entre os
resultados de ambas as amostras.
Hibridação no chip de DNA – após
terem sido corados, os cDNA’s de
ambas as amostras são misturados e
postos em contacto com o chip de
DNA. Nessa altura, o chip é posto a
incubar a uma temperatura de 42 ºC.
Cada
cDNA
que
encontre
a
Figura 2 – Parte da imagem final de um chip de
DNA.
sua
sequência complementar vai hibridar.
Como se pode observar, existem
Após 12 horas, o chip de DNA é
alguns pontos do chip de DNA que
lavado para retirar os cDNA’s que não
surgem vermelhos (correspondem a
hibridaram
genes expressos exclusivamente nas
com
a
sua
sequência
complementar.
células
Aquisição da imagem – para que se
surgem
possa saber que cDNA’s hibridaram e,
genes expressos exclusivamente nas
consequentemente, que genes estão a
células
ser
em
observam-se pontos de cor amarela.
análise, temos que obter uma imagem
Estes pontos correspondem a genes
dos pontos do chip de DNA. Para isso
que são expressos de igual modo em
temos que recorrer a um scanner. O
ambos os tipos de células. De notar
scanner emite dois laser’s por toda a
ainda que nem todos os pontos têm a
área do chip de DNA. Cada laser
mesma
excita
corantes
intensidade o ponto apresenta, mais
fluorescentes que estão ligados aos
cDNA está presente nesse ponto e,
nucleótidos
consequentemente,
expressos
um
pelas
dos
dos
células
dois
cDNA’s.
Esses
cancerosas)
verdes
e
outros
que
(correspondem
normais).
No
intensidade:
entanto,
quanto
mais
a
o
mais
gene
corantes emitem então luminosidade
correspondente está a ser expresso
num comprimento de onda diferente:
na célula. Os pontos que se mantêm
um dos corantes emite na zona dos
pretos representam genes que não
verdes e o outro emite na zona dos
são expressos por nenhum dos tipos
vermelhos. Ambas as imagens são
de células, não havendo qualquer
recolhidas
cDNA
e
combinadas
pelo
que
hibride
com
essas
computador, obtendo-se uma imagem
sequências.
final semelhante à que se apresenta
Análise dos resultados – após se ter
na figura 2:
obtido a imagem do chip de DNA, é
necessário interpretar os resultados
4

5. obtidos. Como facilmente se imagina,
variação das condições a que estão
analisar os resultados de milhares de
sujeitas as células.
genes um a um pode tornar-se uma
Outra abordagem possível é a
tarefa muito morosa. Deste modo, os
análise de padrões genéticos. Essa
cientistas
análise é muito importante em várias
têm
que
recorrer
a
programas informáticos desenvolvidos
áreas
para essa função e que processam
estudo
toda a informação contida num chip
envelhecimento, estudo da progressão
de DNA principalmente através do
de certas doenças, estudo dos efeitos
tratamento estatístico dos resultados.
dos fármacos sobre as células-alvo
de
desse
Aplicações dos chips de DNA
de DNA são praticamente ilimitadas.
das
abordagens
da
divisão
fármaco,
tais
celular
como:
e
do
identificação
de
substâncias carcinogénicas, etc.
As potenciais aplicações dos chips
Uma
investigação
tornada
Além destas áreas, este tipo de
abordagem tem-se revelado muito útil
na comparação entre tecidos normais
possível através do uso dos chips de
e
DNA é a possibilidade de poder “ver o
padrões
que acontece” numa célula após uma
situações de cancro.
perturbação
específica
tecidos
cancerosos,
genéticos
identificando
indiciadores
de
ou,
A utilização de chips de DNA no
simplesmente, poder comparar o que
diagnóstico e classificação de certas
acontece
doenças
em
diferentes
tipos
de
genéticas
é
considerada
células. Os chips de DNA permitirão a
como uma prioridade uma vez que os
observação
chips têm muitas vantagens quando
de
anteriormente
fenómenos
impossíveis
de
comparados
com
os
métodos
de
observar, tal como ocorreu após a
diagnóstico tradicionais actualmente
invenção
utilizados.
do
telescópio
e
do
microscópio. Através dos chips de
DNA, os cientistas conseguem abrir
uma
janela
que
permite
observar
O futuro dos chips de DNA
Se
tivermos
em
conta
o
directamente o genoma das células e
desenvolvimento
o modo como este é utilizado por
últimos cinco anos, podemos afirmar
estas em cada situação específica.
com algum grau de confiança que
Os chips de DNA podem ainda ser
tecnológico
dos
esta tecnologia estará cada vez mais
utilizados para descobrir novos genes.
acessível
Chips que incluam genes de função
utilizada. Não é difícil prever que
actualmente desconhecida permitirão
dentro de pouco tempo os chips de
descodificar essa função através da
DNA estarão presentes em todos os
e
consultórios
será
cada
médicos
vez
e
mais
serão
5

6. utilizados para prever certas doenças
genéticas de manifestação tardia.
Além
disso,
o
seu
uso
na
investigação irá muito provavelmente
revolucionar o nosso modo de pensar
sobre o processo de desenvolvimento
de
doenças
e
sobre
o
próprio
diagnóstico molecular.
4.1. Interprete os resultados obtidos,
Questões de análise
No
Laboratório
Biotecnologia
de
identificando os genes mais expressos
uma
nas células tipo A e tipo B e os genes
Virtual
encontrará
animação que ilustra e explica como
expressos em ambos os tipos.
funcionam os chips de DNA (canal 3
da LVBtv).
1 – Descreva as diferentes etapas de
uma
experiência
que
envolva
utilização dos chips de DNA.
2
–
Refira
investigativas
duas
abordagens
tornadas
possíveis
através do uso dos chips de DNA.
3 – Indique as principais áreas onde
se podem aplicar os chips de DNA.
4 – Foi realizada uma experiência
utilizando
um
chip
de
DNA
para
analisar a expressão génica de dois
tipos de células diferentes: tipo A e
tipo B. A amostra obtida a partir das
células tipo A foi corada a verde e a
amostra obtida a partir das células
tipo
B
foi
corada
a
vermelho.
Obtiveram-se os seguintes resultados:
6

7. ALA CONCEPTUAL
ALA METODOLÓGICA
Teoria:
Princípios:
uma amostra é
7
O resultado obtido para
Conclusões:
influencido pela análise
simultânea de outra
amostra?
Registos/Observações:
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Conceitos:
Desenho experimental:
Material biológico
Fígado (verde)
Epiderme (verde)
Fígado canceroso (verde)
Epiderme cancerosa (verde)
Fígado (vermelho)
Epiderme (vermelho)
Fígado canceroso (vermelho)
Epiderme cancerosa (vermelho)
Tubo
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L

8. Teoria:
Princípios:
ALA METODOLÓGICA
8
ALA CONCEPTUAL
Conclusões:
Todas as células do
organismo expressam
os mesmos genes?
Registos/Observações:
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Conceitos:
Desenho experimental:
Material biológico
Fígado (verde)
Epiderme (verde)
Fígado canceroso (verde)
Epiderme cancerosa (verde)
Fígado (vermelho)
Epiderme (vermelho)
Fígado canceroso (vermelho)
Epiderme cancerosa (vermelho)
Tubo
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L

9. Teoria:
Princípios:
ALA METODOLÓGICA
Uma célula normal e
9
ALA CONCEPTUAL
Conclusões:
uma célula cancerosa
expressam os mesmos
genes?
Registos/Observações:
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Conceitos:
Desenho experimental:
Material biológico
Fígado (verde)
Epiderme (verde)
Fígado canceroso (verde)
Epiderme cancerosa (verde)
Fígado (vermelho)
Epiderme (vermelho)
Fígado canceroso (vermelho)
Epiderme cancerosa (vermelho)
Tubo
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L