Biotecnologia
P r o f a . D r a . D A N I E L A D E F A V A R I D O
N A S C I M E N T O
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 ...
Biotecnologia
Aplicação tecnológica que utiliza sistemas biológicos e
organismos vivos ou seus derivados para a criação ou...
Biotecnologia
É a aplicação de um conjunto de tecnologias: desde
técnicas “tradicionais”, já amplamente estabelecidas,
con...
Evolução da Biotecnologia
Empregada pelo ser humano desde o início da história da
humanidade, quando se tornou sedentário ...
Setor Produto/Atividade
Alimentar Laticínios, peixes e produtos de carne; novos gêneros
alimentícios; amido; xaropes; adit...
Setor Produto/Atividade
Fermentação Cervejas, vinhos, destilados; queijo, proteínas de
unicelulares; produtos químicos, ál...
Fermentação
DNA
MEIO AMBIENTE
AGRICULTURA MEDICINA
Monitoramento
ambiental
Biorremediação
Prevenção
de poluição
Diagnósticos Vacinas
Terap...
Marcadores Moleculares
RFLP (digestão do DNA com enzimas de restrição,
corrida em gel e hibridização)
RAPD (amplificação d...
Enzimas de restrição
Funcionam como "tesouras" capazes de clivar o
DNA com precisão em locais bem definidos.
Hoje em dia c...
Bioinformática
Manipulação, análise e armazenamento de dados
biotecnológicos
Expressão em bactérias
para produção em massa
de proteínas
(ex.: taumatina) CLONAGEM DE
GENES DE
PLANTAS
CLONAGEM DE
GENES...
Planta
Cultura de tecidos
Cultura de protoplastos Cultura de calos Cultura de meristemas
1. Fusão de protoplastos
(híbrido...
Meio de cultura
Composição:
água,
nutrientes (N, P, K, S, Ca, Mg, C, Fe, Mo, Cu, Cl, Zn,
Mn, Co),Mn, Co),
carboidratos,
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Micropropagação
Agricultura
• Transgênicos
Processo de modificação do genoma do organismo através da
incorporação de um fragmento de DNA de uma espécie
diferente, ut...
› introdução de genes exógenos que possuem uma função
conhecida
› O gene que contém a informação para síntese de uma prote...
Como Produzir moléculas de DNA
Recombinante ?
DNA de espécies de interesse são cortados com
Enzimas de Restrição
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Técnica de PCR
Finalidade de produzir rapidamente
grande quantidade de cópias de umagrande quantidade de cópias de uma
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Reação de PCR
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Consiste no isolamento e
propagação de moléculas de
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Próximo Passo
Vetor
Fragmento de DNA...
Transformação
O DNA recombinante é introduzido numa
célula hospedeira compatível.
DNA Recombinante
Um único transformante,...
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, inclui...
Cultura de tecidos
É necessário
portanto que a célula
Introdução de genes em células isoladas
que recebeu o gene
de intere...
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 cabele...
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 ...
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
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  1. 1. Biotecnologia P r o f a . D r a . D A N I E L A D E F A V A R I D O N A S C I M E N T O Biotecnologia
  2. 2. Plano de Ensino
  3. 3. Bibliografia
  4. 4. Avaliação
  5. 5. Conteúdo Programático
  6. 6. Datas Importantes Primeira Prova Bimestral: 29/09/2011 Segunda Prova Bimestral: 24/11/2011 Entrega de relatórios de aulas práticas: sempre naEntrega 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.
  7. 7. 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 seustécnica 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
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. Setor Produto/Atividade Alimentar Laticínios, peixes e produtos de carne; novos gêneros alimentícios; amido; xaropes; aditivos alimentares; corantes; aromatizantes; estabilizadores; leveduras; aminoácidos; Setores industriais beneficiados pela 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.
  11. 11. Setor Produto/Atividade Fermentação Cervejas, vinhos, destilados; queijo, proteínas de unicelulares; produtos químicos, álcoois combustíveis; Setores industriais beneficiados pela 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)
  12. 12. Fermentação
  13. 13. DNA
  14. 14. MEIO AMBIENTE AGRICULTURA MEDICINA Monitoramento ambiental Biorremediação Prevenção de poluição Diagnósticos Vacinas Terapias Rendimento de safras Saúde animal Qualidade dos alimentos APLICAÇÕES Tecnologia de bioprocessamentoTecnologia de antisenso Engenharia Engenharia Engenharia de tecidos Tecnologia de biosensores INSTRUMENTOS BIOTECNOLÓGICOS Engenharia de proteínas Tecnologia de anticorpos monoclonais Tecnologia de chip de DNA Engenharia genética Tecnologia de cultura de células e tecidos CONHECIMENTO CIENTÍFICO Bioquímica Biologia celular Engenharia química Ciências da computação Ciências dos materiais Genética ImunologiaFisiologia Biologia molecular Microbiologia Engenharia bioquímica Kreuzer & Massey, 2002
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. Bioinformática Manipulação, análise e armazenamento de dados biotecnológicos
  18. 18. Expressão em bactérias para produção em massa de proteínas (ex.: taumatina) CLONAGEM DE GENES DE PLANTAS CLONAGEM DE GENES DE BACTÉRIAS Mutagênese (Mantell et al., 1994) Mutagênese Sítio-específica Substituição na mesma espécie (ex.: proteínas de reserva de sementes) Transferência para uma diferente espécie (ex.: tolerância a sais e resistência a herbicidas)
  19. 19. Planta Cultura de tecidos Cultura de protoplastos Cultura de calos Cultura de meristemas 1. Fusão de protoplastos (híbridos somáticos) 2. Transformação 1. Micropropagação 2. Variação somaclonal 3. Embriogênese somática (sementes artificiais) 4. Metabólitos secundários 1. Micropropagação 2. Eliminação de vírus 3. Manutenção de germoplasma
  20. 20. 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.
  21. 21. Micropropagação
  22. 22. Agricultura • Transgênicos
  23. 23. 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.
  24. 24. › 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
  25. 25. Como Produzir moléculas de DNA Recombinante ? DNA de espécies de interesse são cortados com Enzimas de Restrição C A A CG G T T C GC GC C A A CG G T T C GC GC
  26. 26. Técnica de PCR Finalidade de produzir rapidamente grande quantidade de cópias de umagrande quantidade de cópias de uma determinada sequência de DNA,com o auxílio de primers específicos.
  27. 27. Reação de PCR
  28. 28. 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
  29. 29. Transformação O 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.
  30. 30. Vetores de Clonagem Plasmídios: DNA circular extracromossômico encontrados em bactérias e leveduras
  31. 31. 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
  32. 32. 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)
  33. 33. Química Eletroporação Métodos de Transformação Microinjeção Biolística Agrobacterium
  34. 34. Eletroporação Protoplastos
  35. 35. Microinjeção
  36. 36. Biolística
  37. 37. Câmara de Vácuo Biolística
  38. 38. Cana-de-açúcar transgênica
  39. 39. Agrobacterium Na Natureza: Agrobacterium tumefaciens Galha da coroa Agrobacterium rhizogenes Síndrome das raízes em cabeleira
  40. 40. Plasmídio Ti Agrobacterium Elementos essenciais ao processo de transferência ► Região vir ► Extremidades do T-DNA (25pb)
  41. 41. Transformação de Eucalipto BA C D FE BA C D FE BA C D FE González et al (2002)
  42. 42. Como ocorre a transferência ? Agrobacterium
  43. 43. 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
  44. 44. GUS GFP Folhas de N. benthamiana
  45. 45. • Clonagem Pecuária
  46. 46. Animais transgênicos Andi
  47. 47. Ambiente Biorremediação de metais pesados Derramamento de petróleo
  48. 48. Medicina • Terapia gênica
  49. 49. • Células tronco Medicina
  50. 50. • Vacinas de DNA Medicina • Vacinas de DNA •Vacinas comestíveis
  51. 51. • Produção de insulina, hormônios e outras substâncias por microrganismos ou plantas Medicina
  52. 52. • Diagnóstico precoce de doenças •Práticas forense •Testes de paternidade

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