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2. Património genético
2. Alterações do material genético
2.1 Mutações
2.2 Fundamentos de engenharia genética
2. Património genético
2. Património genético
2. Alterações do material genético
O que são mutações? Que tipo de mutações podem ocorrer?
O que faz a engenharia genética?
Que limitações tecnológicas e bioéticas se impõem à engenharia genética?
2. Património genético
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutação: alteração no genoma de um organismo que pode ocorrer durante a duplicação do DNA
(divisão celular- mitose ou meiose)
B. Em células somáticas (não sexuais)
- Afeta células descendentes, restrita
a pequenas zonas do organismo
- Responsáveis por alguns tipos de
cancro
- Afeta todas as células descendentes
do gâmeta
- Passa à geração seguinte
A. Em células sexuais (gâmetas)
Efeito das mutações sobre as células da linha germinativa e sobre as células somáticas.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Genética
Níveis de organização biológica
- Molecular: biossíntese de proteínas determinada por sequência de genes
- Celular: proteínas determinam o metabolismo (conjunto de reações que ocorrem na célula)
- Individual: características de um indivíduo, que resultam das propriedades das células
- Populacional: conjunto de características distintivas dos indivíduos que constituem uma população
Mutações:
- genéticas: alterações da sequência nucleotídica de um gene
- cromossómicas: alterações da estrutura ou número de cromossomas (mais abrangentes)
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas (afetam um único gene): substituição, inserção ou deleção (perda) de
nucleótidos (alteração do número e/ou sequência de nucleótidos)
Sem mutação > Nenhum efeito no polipéptido
Mutação por substituição de bases – Silenciosa > Nenhum efeito no polipéptido (redundância do código genético)
Mutação por substituição de bases – Sentido trocado/Perda de sentido (missense) > Alteração de 1 aa, pode ter efeitos fenotípicos
Mutação por substituição de bases – Sem sentido (nonsense) > Criação de um codão de terminação (stop), proteínas incompletas
Mutação por inserção/deleção – Mudança de grelha de leitura (frameshift) > introdução ou perda de um número de nucleótidos não
divisível por 3 > sequência polipeptídica diferente a partir do ponto de mutação
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Comparação entre hemoglobina normal e hemoglobina em indivíduos com anemia falciforme.
Anemia falciforme- hemoglobinopatia (doença que afeta glóbulos vermelhos ou hemácias
Primeira doença a ser compreendida a nível molecular
Mutação resulta em hemácias com forma de foice > dificuldade em circular em vasos sanguíneos de pequeno
diâmetro > diversas complicações no organismo
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas: Causas
Mutações espontâneas- ocorrem de forma natural, devido ao normal/deficiente funcionamento dos
processos biológicos (ex. replicação do DNA)
Frequência reduzida (probabilidade em humanos 1: 100 000)- eficiência de mecanismos de reparação do DNA
Erros durante a síntese de DNA por DNA polimerase ou ação de radicais livres produzidos pelas células
Taxa superior nos genes mitocondriais em relação a genes nucleares (menor número de mecanismos de reparação)
Mutações prejudiciais/favoráveis (contribuem para evolução) ou neutras
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas: Causas
Mutações induzidas resultam da exposição a agentes mutagénicos
Agentes mutagénicos: físicos (raios X ou radiação UV) ou químicos (gás mostarda, ácido nitroso ou outros)
Desaminação e erro de emparelhamento resultante
da ação de um agente mutagénico químico.
A radiação UV pode induzir a formação de dímeros
de timina, conduzindo a uma deformação no DNA.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas
Agentes mutagénicos e ativação de oncogenes
Cancro- proliferação descontrolada de células que afeta
os organismos multicelulares (não-hereditária, pode
haver predisposição por alguns fatores genéticos)
Desenvolvimento do cancro.
Mecanismos celulares de reparação de danos não são 100%
eficazes: mutações em genes reguladores do ciclo celular
podem originar cancros
Estimativa 80% dos cancros humanos devidos a agentes
mutagénicos (por exemplo, radiação UV)
Metastização- multiplicação e invasão (correntes sanguínea e
linfática) de tecidos por células cancerígenas não eliminadas
por apoptose
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas
Proto-oncogenes- síntese de proteínas envolvidas na estimulação e controlo do
crescimento e divisão celular
Oncogenes- proto-oncogenes que deixaram de funcionar corretamente
(originam células cancerosas)
Formação de oncogenes.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas
Mutações em genes supressores de tumores ou anti-oncogenes > Cancro
- Manuntenção da integridade do genoma
(por exemplo, p53, BRCA-1, BRCA-2)
- Inibição da divisão celular
(por exemplo, Rb, p16)
Importância do gene p53.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações génicas
Vírus oncogénicos (oncovírus) ou causadores de cancro- genoma viral introduzido altera o ciclo de divisão e diferenciação
Genes virais promotores: induzem a transcrição > inseridos próximo de proto-oncogene levam à sobreexpressão
Genes virais com oncogenes: introduzem o oncogene no genoma da célula > cancro
Acumulação de alterações genéticas
que originam cancro colorretal.
Exemplos de agentes
carcinogénicos.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas
Erros no crossing-over (meiose)
Mutações cromossómicas numéricas- alteração no número de cromossomas
Mutações cromossómicas estruturais- alteração na estrutura de cromossomas
Síndrome: sinais e
sintomas resultantes de
alterações fenotípicas
Exemplo de mutação cromossómica estrutural- síndrome Cri-du-chat (“grito do gato”).
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Espécies eucarióticas apresentam cariótipos organizados em um ou mais conjuntos de cromossomas
Euploidias: número de cromossomas múltiplo exato de um conjunto ou lote de cromossomas (possui lotes completos)
Euploidia: por exemplo, o ser humano é diploide (2n= 46)
Poliploidias: multiplicação do conjunto de todos os cromossomas, afetando todo o
genoma
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Poliploidias na mosca-da-fruta (2n= 8).
Falhas na separação dos cromossomas em meiose ou mitose
Não ocorrência de citocinese após redução dos cromossomas
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias: erros na separação envolvem apenas um determinado par de cromossomas homólogos (crom. isolados)
Trissomia (2n+1): um cromossoma a mais
Monossomia (2n-1): um cromossoma a menos
Nulissomia (2n-2): dois cromossomas do mesmo par em falta
Não-disjunção de cromossomas durante a
meiose em autossomas ou em
cromossomas sexuais
Formação de gâmetas femininos
(2 pares de cromossomas homólogos).
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias em autossomas (cromossomas não-sexuais)
Trissomia 21 (47 XX + 21 ou 47 XY + 21) – Síndrome de Down (1: 800 nascimentos)
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias em autossomas (cromossomas não-sexuais)
Trissomia 18 (47 XX + 18 ou 47 XY + 18) – Síndrome de Edwards (1: 6000 nascimentos, maioria do sexo feminino)
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias em autossomas (cromossomas não-sexuais)
Trissomia 13 (47 XX + 13 ou 47 XY + 13) – Síndrome de Patau (1: 15000 nascimentos)
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias em cromossomas sexuais: geralmente menos graves que as aneuploidias em autossomas
Redução da gravidade por compensação da carga genética: um dos cromossomas X está inativo em fêmeas, sintomas
menos graves aquando de cromossomas sexuais extra, embora não de forma completa
Cariótipos de indivíduos com aneuploidias em cromossomas sexuais.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias em cromossomas sexuais
Síndrome de Klinefelter (47 XXY) (1: 1000 indivíduos do sexo masculino)
Cariótipo e características de indivíduo com síndrome de Klinefelter.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Mutações cromossómicas numéricas
Aneuploidias em cromossomas sexuais
Síndrome de Turner (45 X0) (1: 5000 indivíduos do sexo feminino)
Cariótipo e características de indivíduo com síndrome de Turner.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Molécula de DNA: constituição (aparentemente) simples, sequência de 4 nucleótidos, estrutura em dupla hélice
“Dogma Central da Biologia Molecular” (Crick, 1957): DNA RNA Proteína (diferenças entre procariontes e eucariontes)
Célula procariótica
“Dogma Central da Biologia Molecular” em células procarióticas e em células eucarióticas.
Célula eucariótica
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Enzimas (endonucleases) de restrição: enzimas que seccionam o DNA,
fragmentando-o (descobertas em bactérias como defesa contra vírus)
Modo de atuação da enzima de restrição ECORI.
Reconhecem locais ou sequências de restrição (4 a 6 nucleótidos) e
“cortam” a molécula em todos os locais com esta sequência
Formam-se extremidades coesivas (pequena porção DNA em cadeia simples)
Os fragmentos originados após ação das enzimas (digestão) são separados
por eletroforese
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
DNA recombinante (rDNA) e clonagem de genes
1. Isolamento e purificação de fragmentos de DNA de
diferentes proveniências
2. União de fragmentos de DNA- molécula de rDNA
3. Introdução de rDNA em células vivas
Gene de interesse- sequência pretendida
Vetores- moléculas que transportam fragmentos de rDNA
Plasmídeo- pequena molécula de DNA bacteriano
circular, livre e com replicação independente do
DNA nuclear
Bacteriófago- vírus que infetam bactérias
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
DNA recombinante e clonagem de genes
Introdução de gene de interesse num microrganismo para
obtenção de um grande número de cópias
Clonagem do segmento de DNA manipulado
Ação da DNA ligase (ligação entre 2 segmentos de DNA)
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
DNA recombinante e clonagem de genes
A insulina humana pode ser produzida com recurso a técnica de DNA recombinante – Dispositivo de Perfusão Subcutânea Contínua de Insulina (“bomba de insulina”).
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
DNA recombinante e clonagem de genes
Biblioteca de genes – conservação e perpetuação do gene clonado.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
DNA complementar (cDNA)
Obtido a partir de mRNA
Produção de cDNA.
Clonagem de genes sem intrões (sequências não codificantes)
Facilita síntese de proteínas eucariontes em bactérias (ausência de
mecanismos de processamento de mRNA)
Transcriptase reversa- enzima, por exemplo de retrovírus como o VIH, permite sintetizar RNA a partir de DNA.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Transformação genética de organismos
Organismos geneticamente modificados (OGM)- seres cujo genoma foi manipulado/diferenças relativamente ao
original
Transgénicos- OGM cujo genoma inclui material genético de outros organismos
Permite obtenção rápida de organismos com características vantajosas/desejáveis
Impactes no ambiente, na saúde, na agricultura, entre outros
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Transformação genética de organismos
Produção de plantas transgénicas Bt.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Transformação genética de organismos
Animais transgénicos- produção de hormonas humanas.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Transformação genética de organismos
OGM
A favor Contra
- redução uso de pesticidas (variedades mais resistentes)
- aumento valor nutricional dos alimentos
- diminuição das pragas
- maior rendimento agrícola
- potencial declínio da biodiversidade
- contaminação genética de espécies autóctones
- surgimento de pragas mais resistentes
A segurança ambiental e sanitária dos OGM implica avaliação criteriosa e antecipada dos
impactos (ecológicos, bem-estar animal e saúde humana)
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Terapia génica: introdução deliberada de material genético em células de um organismo com perspetiva médica
personalizada (curar ou prevenir doenças hereditárias ou adquiridas)
Terapia génica in vivo e ex vivo.
Terapia somática (células somáticas)
Terapia germinativa (células sexuais, ainda não
praticada – implicações éticas)
Terapia génica in vivo. O vetor com o gene
terapêutico é inserido diretamente no tecido
afetado ou no sangue
Terapia génica ex vivo. Retiram-se células do
paciente, cultivadas in vitro e modificadas por
rDNA, transferidas de novo para o organismo
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Terapia génica- Síndrome da Imunodeficiência Combinada (mutação em genes da enzima desaminase da adenosina
(ADA), acumulação de substâncias em concentrações tóxicas)
Terapia génica somática- Síndrome de Imunodeficiência Combinada (SCID).
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Terapia génica
Terapia génica e a tecnologia CRISPR/Cas9
Tecnologia CRISPR/Cas9- presente naturalmente em bactérias
como mecanismo de proteção contra vírus (ação da enzima Cas9)
2012- Duas investigadoras, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna,
desenvolveram uma tecnologia inspiradas neste mecanismo
Potencial na medicina (terapia génica), agricultura e pecuária
Questões éticas – manipulação genética em seres humanos
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Reação em cadeia da polimerase (PCR)- Desenvolvida em 1985 permite obter cópias de um fragmento de DNA
Técnica de PCR.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
RT-PCR: utilizando a transcriptase reversa, é possível obter cópias de
cDNA a partir de RNA (por exemplo em vírus de RNA, como o
coronavírus SARS-CoV-2
Técnica de RT-PCR.
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Impressão digital do DNA (DNA fingerprinting) – Cada indivíduo tem “impressão digital genética” única (exceto
gémeos verdadeiros)
DNA fingerprinting: Permite distinguir diferentes indivíduos com base em sequências de nucleótidos (perfil de DNA)
Utilização de PCR + enzimas de restrição + eletroforese
Útil em testes de paternidade e na identificação de suspeito(s) de um crime
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Eletroforese- Permite analisar resultados obtidos da ampliação de DNA por PCR
Técnica de eletroforese.
Moléculas de DNA carregadas eletricamente migram num gel sujeito a campo elétrico
Padrão de bandas correspondentes ao tamanho dos fragmentos, único para cada indivíduo!
2. Património genético
2. Alterações do material genético
Fundamentos da Engenharia Genética
Eletroforese- Utilizada em testes de paternidade
Identificação da identidade do pai de uma criança através de teste PCR + Eletroforese.
2. Património genético
Verificação das aprendizagens
Comparando com mutações em células somáticas, as mutações em células da linha germinativa
a) afetam apenas o indivíduo portador.
b) são sempre benéficas.
c) não são necessariamente mais prejudicais.
d) originam cancros, na maioria dos casos.
As mutações favoráveis e prejudiciais
a) não afetam o fitness evolutivo dos portadores.
b) são raras mas apresentam efeitos significativos.
c) são a base da evolução dos seres vivos.
d) surgem sempre durante a fase embrionária.
2. Património genético
Verificação das aprendizagens
Considera um indivíduo com aneuploidia que não afeta os cromossomas do par 23.
Este indivíduo poderá apresentar
a) cariótipo 45 X0.
b) síndrome de Down.
c) infertilidade com origem genética.
d) vinte e três pares de cromossomas.
2. Património genético
Verificação das aprendizagens
Relaciona a redundância do código genético com as mutações génicas silenciosas.
Uma das características do código genético é o facto de ser redundante, uma vez que um
aminoácido poderá ser codificado por mais do que um codão (sequência de três
nucleótidos): assim, uma mutação génica altera o codão mas não necessariamente o
aminoácido codificado, pelo que o polipéptido transcrito poderá manter-se, originando
assim uma mutação sem manifestação fenotípica (silenciosa).
2. Património genético
Verificação das aprendizagens
Faz corresponder um algarismo da coluna II a cada um dos conceitos da coluna I.
A- 5 B- 4 C- 6 D- 3 E- 7
Coluna I Coluna II
A. Proto-oncogenes
B. Agente mutagénico físico
C. Aneuploidia de heterossomas
D. Separação de fragmentos de DNA num
gel
E. Clonagem de fragmento de DNA
1. Gás mostarda
2. Síndrome de Down
3. Eletroforese
4. Raios-X
5. Regulação do ciclo celular
6. Síndrome de Klinefelter
7. PCR
2. Património genético
Verificação das aprendizagens
Refere duas vantagens da criação de bibliotecas de cDNA relativamente às bibliotecas de DNA.
Nas bibliotecas de cDNA são clonados genes sem intrões, a partir do mRNA: ora, sendo
os intrões sequências não codificantes, o material genético clonado inclui apenas
sequências codificantes de genes, além de facilitar a transcriação em seres procariontes,
como bactérias, que não possuem mecanismos de processamento do mRNA.
2. Património genético
Verificação das aprendizagens
Ordena as afirmações de forma a obteres a sequência correta de um procedimento de transformação genética de
uma planta com interesse agrícola.
A. Introdução de rDNA no núcleo de células vegetais.
D – B – A – E - C
B. Introdução do plasmídeo numa bactéria que infeta a planta.
C. Obtenção de um organismo com resistência a falta de água.
D. Obtenção de um plasmídeo recombinante.
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2. Património genético

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  • 2. 2. Alterações do material genético 2.1 Mutações 2.2 Fundamentos de engenharia genética 2. Património genético
  • 3. 2. Património genético 2. Alterações do material genético O que são mutações? Que tipo de mutações podem ocorrer? O que faz a engenharia genética? Que limitações tecnológicas e bioéticas se impõem à engenharia genética? 2. Património genético
  • 4. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutação: alteração no genoma de um organismo que pode ocorrer durante a duplicação do DNA (divisão celular- mitose ou meiose) B. Em células somáticas (não sexuais) - Afeta células descendentes, restrita a pequenas zonas do organismo - Responsáveis por alguns tipos de cancro - Afeta todas as células descendentes do gâmeta - Passa à geração seguinte A. Em células sexuais (gâmetas) Efeito das mutações sobre as células da linha germinativa e sobre as células somáticas.
  • 5. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Genética Níveis de organização biológica - Molecular: biossíntese de proteínas determinada por sequência de genes - Celular: proteínas determinam o metabolismo (conjunto de reações que ocorrem na célula) - Individual: características de um indivíduo, que resultam das propriedades das células - Populacional: conjunto de características distintivas dos indivíduos que constituem uma população Mutações: - genéticas: alterações da sequência nucleotídica de um gene - cromossómicas: alterações da estrutura ou número de cromossomas (mais abrangentes)
  • 6. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas (afetam um único gene): substituição, inserção ou deleção (perda) de nucleótidos (alteração do número e/ou sequência de nucleótidos) Sem mutação > Nenhum efeito no polipéptido Mutação por substituição de bases – Silenciosa > Nenhum efeito no polipéptido (redundância do código genético) Mutação por substituição de bases – Sentido trocado/Perda de sentido (missense) > Alteração de 1 aa, pode ter efeitos fenotípicos Mutação por substituição de bases – Sem sentido (nonsense) > Criação de um codão de terminação (stop), proteínas incompletas Mutação por inserção/deleção – Mudança de grelha de leitura (frameshift) > introdução ou perda de um número de nucleótidos não divisível por 3 > sequência polipeptídica diferente a partir do ponto de mutação
  • 7. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Comparação entre hemoglobina normal e hemoglobina em indivíduos com anemia falciforme. Anemia falciforme- hemoglobinopatia (doença que afeta glóbulos vermelhos ou hemácias Primeira doença a ser compreendida a nível molecular Mutação resulta em hemácias com forma de foice > dificuldade em circular em vasos sanguíneos de pequeno diâmetro > diversas complicações no organismo
  • 8. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas: Causas Mutações espontâneas- ocorrem de forma natural, devido ao normal/deficiente funcionamento dos processos biológicos (ex. replicação do DNA) Frequência reduzida (probabilidade em humanos 1: 100 000)- eficiência de mecanismos de reparação do DNA Erros durante a síntese de DNA por DNA polimerase ou ação de radicais livres produzidos pelas células Taxa superior nos genes mitocondriais em relação a genes nucleares (menor número de mecanismos de reparação) Mutações prejudiciais/favoráveis (contribuem para evolução) ou neutras
  • 9. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas: Causas Mutações induzidas resultam da exposição a agentes mutagénicos Agentes mutagénicos: físicos (raios X ou radiação UV) ou químicos (gás mostarda, ácido nitroso ou outros) Desaminação e erro de emparelhamento resultante da ação de um agente mutagénico químico. A radiação UV pode induzir a formação de dímeros de timina, conduzindo a uma deformação no DNA.
  • 10. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas Agentes mutagénicos e ativação de oncogenes Cancro- proliferação descontrolada de células que afeta os organismos multicelulares (não-hereditária, pode haver predisposição por alguns fatores genéticos) Desenvolvimento do cancro. Mecanismos celulares de reparação de danos não são 100% eficazes: mutações em genes reguladores do ciclo celular podem originar cancros Estimativa 80% dos cancros humanos devidos a agentes mutagénicos (por exemplo, radiação UV) Metastização- multiplicação e invasão (correntes sanguínea e linfática) de tecidos por células cancerígenas não eliminadas por apoptose
  • 11. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas Proto-oncogenes- síntese de proteínas envolvidas na estimulação e controlo do crescimento e divisão celular Oncogenes- proto-oncogenes que deixaram de funcionar corretamente (originam células cancerosas) Formação de oncogenes.
  • 12. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas Mutações em genes supressores de tumores ou anti-oncogenes > Cancro - Manuntenção da integridade do genoma (por exemplo, p53, BRCA-1, BRCA-2) - Inibição da divisão celular (por exemplo, Rb, p16) Importância do gene p53.
  • 13. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações génicas Vírus oncogénicos (oncovírus) ou causadores de cancro- genoma viral introduzido altera o ciclo de divisão e diferenciação Genes virais promotores: induzem a transcrição > inseridos próximo de proto-oncogene levam à sobreexpressão Genes virais com oncogenes: introduzem o oncogene no genoma da célula > cancro Acumulação de alterações genéticas que originam cancro colorretal. Exemplos de agentes carcinogénicos.
  • 14. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas Erros no crossing-over (meiose) Mutações cromossómicas numéricas- alteração no número de cromossomas Mutações cromossómicas estruturais- alteração na estrutura de cromossomas Síndrome: sinais e sintomas resultantes de alterações fenotípicas Exemplo de mutação cromossómica estrutural- síndrome Cri-du-chat (“grito do gato”).
  • 15. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Espécies eucarióticas apresentam cariótipos organizados em um ou mais conjuntos de cromossomas Euploidias: número de cromossomas múltiplo exato de um conjunto ou lote de cromossomas (possui lotes completos) Euploidia: por exemplo, o ser humano é diploide (2n= 46) Poliploidias: multiplicação do conjunto de todos os cromossomas, afetando todo o genoma Triploide (3n), Tetraploide (4n), Pentaploide (5n), ... Poliploidias na mosca-da-fruta (2n= 8). Falhas na separação dos cromossomas em meiose ou mitose Não ocorrência de citocinese após redução dos cromossomas
  • 16. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias: erros na separação envolvem apenas um determinado par de cromossomas homólogos (crom. isolados) Trissomia (2n+1): um cromossoma a mais Monossomia (2n-1): um cromossoma a menos Nulissomia (2n-2): dois cromossomas do mesmo par em falta Não-disjunção de cromossomas durante a meiose em autossomas ou em cromossomas sexuais Formação de gâmetas femininos (2 pares de cromossomas homólogos).
  • 17. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias em autossomas (cromossomas não-sexuais) Trissomia 21 (47 XX + 21 ou 47 XY + 21) – Síndrome de Down (1: 800 nascimentos)
  • 18. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias em autossomas (cromossomas não-sexuais) Trissomia 18 (47 XX + 18 ou 47 XY + 18) – Síndrome de Edwards (1: 6000 nascimentos, maioria do sexo feminino)
  • 19. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias em autossomas (cromossomas não-sexuais) Trissomia 13 (47 XX + 13 ou 47 XY + 13) – Síndrome de Patau (1: 15000 nascimentos)
  • 20. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias em cromossomas sexuais: geralmente menos graves que as aneuploidias em autossomas Redução da gravidade por compensação da carga genética: um dos cromossomas X está inativo em fêmeas, sintomas menos graves aquando de cromossomas sexuais extra, embora não de forma completa Cariótipos de indivíduos com aneuploidias em cromossomas sexuais.
  • 21. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias em cromossomas sexuais Síndrome de Klinefelter (47 XXY) (1: 1000 indivíduos do sexo masculino) Cariótipo e características de indivíduo com síndrome de Klinefelter.
  • 22. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Mutações cromossómicas numéricas Aneuploidias em cromossomas sexuais Síndrome de Turner (45 X0) (1: 5000 indivíduos do sexo feminino) Cariótipo e características de indivíduo com síndrome de Turner.
  • 23. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Molécula de DNA: constituição (aparentemente) simples, sequência de 4 nucleótidos, estrutura em dupla hélice “Dogma Central da Biologia Molecular” (Crick, 1957): DNA RNA Proteína (diferenças entre procariontes e eucariontes) Célula procariótica “Dogma Central da Biologia Molecular” em células procarióticas e em células eucarióticas. Célula eucariótica
  • 24. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Enzimas (endonucleases) de restrição: enzimas que seccionam o DNA, fragmentando-o (descobertas em bactérias como defesa contra vírus) Modo de atuação da enzima de restrição ECORI. Reconhecem locais ou sequências de restrição (4 a 6 nucleótidos) e “cortam” a molécula em todos os locais com esta sequência Formam-se extremidades coesivas (pequena porção DNA em cadeia simples) Os fragmentos originados após ação das enzimas (digestão) são separados por eletroforese
  • 25. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética DNA recombinante (rDNA) e clonagem de genes 1. Isolamento e purificação de fragmentos de DNA de diferentes proveniências 2. União de fragmentos de DNA- molécula de rDNA 3. Introdução de rDNA em células vivas Gene de interesse- sequência pretendida Vetores- moléculas que transportam fragmentos de rDNA Plasmídeo- pequena molécula de DNA bacteriano circular, livre e com replicação independente do DNA nuclear Bacteriófago- vírus que infetam bactérias
  • 26. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética DNA recombinante e clonagem de genes Introdução de gene de interesse num microrganismo para obtenção de um grande número de cópias Clonagem do segmento de DNA manipulado Ação da DNA ligase (ligação entre 2 segmentos de DNA)
  • 27. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética DNA recombinante e clonagem de genes A insulina humana pode ser produzida com recurso a técnica de DNA recombinante – Dispositivo de Perfusão Subcutânea Contínua de Insulina (“bomba de insulina”).
  • 28. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética DNA recombinante e clonagem de genes Biblioteca de genes – conservação e perpetuação do gene clonado.
  • 29. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética DNA complementar (cDNA) Obtido a partir de mRNA Produção de cDNA. Clonagem de genes sem intrões (sequências não codificantes) Facilita síntese de proteínas eucariontes em bactérias (ausência de mecanismos de processamento de mRNA) Transcriptase reversa- enzima, por exemplo de retrovírus como o VIH, permite sintetizar RNA a partir de DNA.
  • 30. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Transformação genética de organismos Organismos geneticamente modificados (OGM)- seres cujo genoma foi manipulado/diferenças relativamente ao original Transgénicos- OGM cujo genoma inclui material genético de outros organismos Permite obtenção rápida de organismos com características vantajosas/desejáveis Impactes no ambiente, na saúde, na agricultura, entre outros
  • 31. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Transformação genética de organismos Produção de plantas transgénicas Bt.
  • 32. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Transformação genética de organismos Animais transgénicos- produção de hormonas humanas.
  • 33. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Transformação genética de organismos OGM A favor Contra - redução uso de pesticidas (variedades mais resistentes) - aumento valor nutricional dos alimentos - diminuição das pragas - maior rendimento agrícola - potencial declínio da biodiversidade - contaminação genética de espécies autóctones - surgimento de pragas mais resistentes A segurança ambiental e sanitária dos OGM implica avaliação criteriosa e antecipada dos impactos (ecológicos, bem-estar animal e saúde humana)
  • 34. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Terapia génica: introdução deliberada de material genético em células de um organismo com perspetiva médica personalizada (curar ou prevenir doenças hereditárias ou adquiridas) Terapia génica in vivo e ex vivo. Terapia somática (células somáticas) Terapia germinativa (células sexuais, ainda não praticada – implicações éticas) Terapia génica in vivo. O vetor com o gene terapêutico é inserido diretamente no tecido afetado ou no sangue Terapia génica ex vivo. Retiram-se células do paciente, cultivadas in vitro e modificadas por rDNA, transferidas de novo para o organismo
  • 35. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Terapia génica- Síndrome da Imunodeficiência Combinada (mutação em genes da enzima desaminase da adenosina (ADA), acumulação de substâncias em concentrações tóxicas) Terapia génica somática- Síndrome de Imunodeficiência Combinada (SCID).
  • 36. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Terapia génica Terapia génica e a tecnologia CRISPR/Cas9 Tecnologia CRISPR/Cas9- presente naturalmente em bactérias como mecanismo de proteção contra vírus (ação da enzima Cas9) 2012- Duas investigadoras, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna, desenvolveram uma tecnologia inspiradas neste mecanismo Potencial na medicina (terapia génica), agricultura e pecuária Questões éticas – manipulação genética em seres humanos
  • 37. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Reação em cadeia da polimerase (PCR)- Desenvolvida em 1985 permite obter cópias de um fragmento de DNA Técnica de PCR.
  • 38. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética RT-PCR: utilizando a transcriptase reversa, é possível obter cópias de cDNA a partir de RNA (por exemplo em vírus de RNA, como o coronavírus SARS-CoV-2 Técnica de RT-PCR.
  • 39. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Impressão digital do DNA (DNA fingerprinting) – Cada indivíduo tem “impressão digital genética” única (exceto gémeos verdadeiros) DNA fingerprinting: Permite distinguir diferentes indivíduos com base em sequências de nucleótidos (perfil de DNA) Utilização de PCR + enzimas de restrição + eletroforese Útil em testes de paternidade e na identificação de suspeito(s) de um crime
  • 40. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Eletroforese- Permite analisar resultados obtidos da ampliação de DNA por PCR Técnica de eletroforese. Moléculas de DNA carregadas eletricamente migram num gel sujeito a campo elétrico Padrão de bandas correspondentes ao tamanho dos fragmentos, único para cada indivíduo!
  • 41. 2. Património genético 2. Alterações do material genético Fundamentos da Engenharia Genética Eletroforese- Utilizada em testes de paternidade Identificação da identidade do pai de uma criança através de teste PCR + Eletroforese.
  • 42. 2. Património genético Verificação das aprendizagens Comparando com mutações em células somáticas, as mutações em células da linha germinativa a) afetam apenas o indivíduo portador. b) são sempre benéficas. c) não são necessariamente mais prejudicais. d) originam cancros, na maioria dos casos. As mutações favoráveis e prejudiciais a) não afetam o fitness evolutivo dos portadores. b) são raras mas apresentam efeitos significativos. c) são a base da evolução dos seres vivos. d) surgem sempre durante a fase embrionária.
  • 43. 2. Património genético Verificação das aprendizagens Considera um indivíduo com aneuploidia que não afeta os cromossomas do par 23. Este indivíduo poderá apresentar a) cariótipo 45 X0. b) síndrome de Down. c) infertilidade com origem genética. d) vinte e três pares de cromossomas.
  • 44. 2. Património genético Verificação das aprendizagens Relaciona a redundância do código genético com as mutações génicas silenciosas. Uma das características do código genético é o facto de ser redundante, uma vez que um aminoácido poderá ser codificado por mais do que um codão (sequência de três nucleótidos): assim, uma mutação génica altera o codão mas não necessariamente o aminoácido codificado, pelo que o polipéptido transcrito poderá manter-se, originando assim uma mutação sem manifestação fenotípica (silenciosa).
  • 45. 2. Património genético Verificação das aprendizagens Faz corresponder um algarismo da coluna II a cada um dos conceitos da coluna I. A- 5 B- 4 C- 6 D- 3 E- 7 Coluna I Coluna II A. Proto-oncogenes B. Agente mutagénico físico C. Aneuploidia de heterossomas D. Separação de fragmentos de DNA num gel E. Clonagem de fragmento de DNA 1. Gás mostarda 2. Síndrome de Down 3. Eletroforese 4. Raios-X 5. Regulação do ciclo celular 6. Síndrome de Klinefelter 7. PCR
  • 46. 2. Património genético Verificação das aprendizagens Refere duas vantagens da criação de bibliotecas de cDNA relativamente às bibliotecas de DNA. Nas bibliotecas de cDNA são clonados genes sem intrões, a partir do mRNA: ora, sendo os intrões sequências não codificantes, o material genético clonado inclui apenas sequências codificantes de genes, além de facilitar a transcriação em seres procariontes, como bactérias, que não possuem mecanismos de processamento do mRNA.
  • 47. 2. Património genético Verificação das aprendizagens Ordena as afirmações de forma a obteres a sequência correta de um procedimento de transformação genética de uma planta com interesse agrícola. A. Introdução de rDNA no núcleo de células vegetais. D – B – A – E - C B. Introdução do plasmídeo numa bactéria que infeta a planta. C. Obtenção de um organismo com resistência a falta de água. D. Obtenção de um plasmídeo recombinante. E. Transcrição do gene de interesse, obtendo-se uma população de células geneticamente modicadas.