DNA recombinante: técnica, aplicações e fundamentos

O DNA recombinante é uma técnica revolucionária que permite a manipulação e combinação de genes de diferentes organismos, possibilitando a criação de novos organismos geneticamente modificados. Essa técnica envolve a clonagem de fragmentos de DNA em laboratório e sua inserção em células hospedeiras, onde podem ser expressos e estudados. As aplicações do DNA recombinante são vastas, incluindo a produção de proteínas terapêuticas, o desenvolvimento de vacinas, a modificação de plantas e animais para melhorar suas características, e a criação de organismos geneticamente modificados para diversos fins. Os fundamentos do DNA recombinante estão baseados na capacidade de identificar, isolar, clonar e manipular genes de interesse, abrindo caminho para inúmeras possibilidades na área da biotecnologia.

Principais usos do DNA recombinante na ciência e medicina moderna.

O DNA recombinante é uma técnica utilizada na biologia molecular que consiste na combinação de sequências de DNA de diferentes fontes para criar novas moléculas de DNA. Essa técnica revolucionária tem uma ampla gama de aplicações na ciência e medicina moderna.

Uma das principais aplicações do DNA recombinante é a produção de proteínas recombinantes. Isso é feito inserindo um gene que codifica a proteína desejada em um vetor de DNA, que é então inserido em uma célula hospedeira, como bactérias ou leveduras. Essas células podem ser cultivadas em larga escala para produzir grandes quantidades da proteína, que pode ser utilizada em pesquisas científicas e no desenvolvimento de medicamentos.

Além disso, o DNA recombinante é amplamente utilizado na engenharia genética. Por exemplo, ele pode ser usado para inserir genes específicos em plantas para torná-las mais resistentes a pragas ou doenças, ou para aumentar sua produtividade. Essas plantas geneticamente modificadas desempenham um papel crucial na produção de alimentos em todo o mundo.

Na medicina, o DNA recombinante é utilizado no desenvolvimento de terapias genéticas. Por exemplo, ele pode ser usado para corrigir mutações genéticas responsáveis por doenças hereditárias, como fibrose cística ou distrofia muscular. Essas terapias promissoras têm o potencial de revolucionar o tratamento de uma ampla variedade de doenças genéticas.

Em resumo, o DNA recombinante é uma ferramenta poderosa com inúmeras aplicações na ciência e medicina moderna. Sua capacidade de manipular o material genético de forma precisa e eficiente tem o potencial de transformar a maneira como tratamos doenças e desenvolvemos novas terapias. Não há dúvida de que o DNA recombinante continuará a desempenhar um papel fundamental no avanço da biotecnologia e da medicina nos próximos anos.

Princípio central da técnica do DNA recombinante: a manipulação genética para criar novas sequências.

O DNA recombinante é uma técnica que permite a manipulação genética para criar novas sequências de DNA. O princípio central dessa técnica é a capacidade de inserir um pedaço de DNA em um vetor, que pode ser um plasmídeo ou um vírus, e em seguida introduzi-lo em uma célula hospedeira. Uma vez dentro da célula, o DNA recombinante pode se replicar e expressar proteínas codificadas por genes exógenos.

Essa técnica revolucionária tem inúmeras aplicações em diferentes áreas, como na medicina, agricultura e biotecnologia. Na medicina, por exemplo, o DNA recombinante é utilizado para produzir proteínas terapêuticas, como a insulina humana, que é usada no tratamento da diabetes. Na agricultura, é empregado para desenvolver plantas transgênicas resistentes a pragas e doenças.

Os fundamentos do DNA recombinante envolvem a utilização de enzimas de restrição para cortar o DNA em fragmentos específicos, a ligação desses fragmentos em um vetor de clonagem e a introdução desse vetor em uma célula hospedeira. Todo o processo requer cuidado e precisão para garantir que a sequência de DNA desejada seja inserida corretamente e possa ser expressa de forma eficiente.

A relevância da técnica de DNA recombinante na ciência e tecnologia moderna.

A técnica de DNA recombinante é uma ferramenta fundamental na ciência e tecnologia moderna, permitindo a manipulação genética de organismos de forma precisa e eficiente. A capacidade de cortar e colar segmentos de DNA de diferentes fontes tem revolucionado diversas áreas, desde a medicina até a agricultura.

Uma das aplicações mais importantes do DNA recombinante é na produção de medicamentos e vacinas recombinantes. Com essa técnica, é possível inserir genes específicos em bactérias ou leveduras, que passam a produzir proteínas terapêuticas em larga escala. Isso tem sido crucial no desenvolvimento de tratamentos para diversas doenças, como a diabetes e a hemofilia.

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Além disso, a técnica de DNA recombinante é amplamente utilizada na agricultura, possibilitando a criação de plantas transgênicas resistentes a pragas e doenças, bem como com características desejáveis como maior produtividade e teor de nutrientes. Essas plantas modificadas geneticamente têm contribuído para a segurança alimentar em todo o mundo.

Por fim, a manipulação genética feita por meio do DNA recombinante também é essencial para a pesquisa científica, permitindo estudar genes específicos e entender melhor os mecanismos moleculares que regem os seres vivos. Com isso, novas descobertas e avanços tecnológicos são constantemente alcançados, impulsionando o progresso da humanidade.

Em resumo, a técnica de DNA recombinante é uma ferramenta poderosa que tem impactado profundamente a ciência e tecnologia moderna, sendo fundamental para o desenvolvimento de novos medicamentos, aprimoramento da agricultura e avanços na pesquisa científica.

Conheça as principais ferramentas utilizadas na tecnologia do DNA recombinante.

O DNA recombinante é uma técnica poderosa que permite a manipulação e a modificação do material genético de organismos vivos. Essa tecnologia revolucionária tem diversas aplicações em áreas como medicina, agricultura e biotecnologia. Para realizar as manipulações genéticas necessárias, são utilizadas várias ferramentas específicas.

Uma das principais ferramentas utilizadas na tecnologia do DNA recombinante é a enzima de restrição, que é capaz de cortar o DNA em locais específicos. Essas enzimas são fundamentais para a clonagem de genes e a construção de vetores de clonagem. Outra ferramenta importante são as ligases, que permitem unir fragmentos de DNA diferentes, criando assim moléculas recombinantes.

Além disso, a PCR (Reação em Cadeia da Polimerase) é uma técnica essencial na tecnologia do DNA recombinante, pois permite amplificar regiões específicas do DNA. Com a PCR, é possível obter uma grande quantidade de material genético para análises posteriores. Outra ferramenta comumente utilizada são os vetores de clonagem, que são moléculas de DNA capazes de transportar e replicar fragmentos de DNA estranho em um organismo hospedeiro.

Em resumo, as ferramentas utilizadas na tecnologia do DNA recombinante são essenciais para a realização de manipulações genéticas precisas e eficientes. Com essas ferramentas, os cientistas podem desenvolver novas terapias genéticas, produzir organismos geneticamente modificados e realizar estudos avançados sobre a função dos genes. O DNA recombinante continua a ser uma área de intensa pesquisa e promete revolucionar ainda mais a biotecnologia no futuro.

DNA recombinante: técnica, aplicações e fundamentos

O ADN recombinante (ADNr ou rADN) é uma molécula de ácido nucleico artificial criado no laboratório, através da integração de dois segmentos de organizações de interesse. Também é conhecido como DNA quimérico, graças à sua propriedade híbrida. Este tipo de DNA não é encontrado na natureza.

A metodologia básica para gerá-lo inclui: (a) a seleção de um DNA branco e sua inserção em outro fragmento de DNA (geralmente um plasmídeo bacteriano); (b) a introdução deste plasmídeo em uma bactéria; (c) a seleção da bactéria por meio de antibióticos e finalmente (d) a expressão do gene.

DNA recombinante: técnica, aplicações e fundamentos 1

Fonte: pixabay.com

A técnica tira proveito de um conjunto de enzimas que permitem copiar e colar fragmentos específicos de DNA, a critério do investigador.

O objetivo da tecnologia recombinante é, na maioria dos casos, a expressão de uma proteína (conhecida como proteína recombinante) desejada pelo biólogo molecular para pesquisas futuras ou para criar uma proteína de valor comercial e terapêutico – como a insulina humana, por exemplo.

Fundamentos da técnica de DNA recombinante e seu uso em engenharia genética

O dogma central da biologia molecular

Todos os seres orgânicos que conhecemos compartilham várias características. Uma delas é a natureza do material genético e a maneira como as proteínas são produzidas – um processo conhecido como o “dogma” central da biologia molecular.

Com exceção de um par de vírus, todos os organismos armazenam as informações genéticas no DNA (ácido desoxirribonucleico), coletadas de maneira muito compacta e organizada no núcleo celular.

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Para a expressão dos genes, a molécula de DNA é transcrita para o RNA mensageiro, e o último é traduzido para a linguagem dos aminoácidos, os blocos estruturais das proteínas.

O que é um DNA recombinante?

Entre os anos 70 e 80, os biólogos moleculares começaram a tirar proveito dos processos que ocorrem naturalmente dentro da célula e conseguiram extrapolá-los para o laboratório.

Dessa maneira, um gene de origem animal (um vertebrado, por exemplo) pode ser inserido em um segmento de DNA de uma bactéria; ou o DNA de uma bactéria pode ser combinado com um DNA viral. Assim, podemos definir um DNA recombinante como uma molécula composta por DNA de dois organismos diferentes.

Uma vez criada esta molécula híbrida ou recombinante, o gene de interesse é expresso. Com a palavra expressão , queremos nos referir ao processo de tradução de proteínas.

Enzimas de restrição e ligases: a chave do processo

Um elemento chave no desenvolvimento da tecnologia de DNA recombinante foi a descoberta de enzimas de restrição.

Essas são moléculas de proteína que exibem a capacidade de clivar o DNA (nucleases) em sequências específicas, servindo como “tesouras moleculares”. Os fragmentos gerados por essas enzimas são chamados fragmentos de restrição.

As referidas enzimas podem produzir cortes simétricos (em ambas as cadeias na mesma altura) ou cortes assimétricos na sequência branca. Um aspecto chave da ação das enzimas de restrição é que, após a clivagem das cadeias, é obtida uma “borda solta”, complementar à outra borda cortada pela mesma enzima.

Alguns exemplos são ECOR 1 e Sma 1. Atualmente, mais de 200 tipos de enzimas de restrição são conhecidos e estão disponíveis comercialmente.

Para ser útil, uma tesoura deve ser acompanhada de cola. Esta ação de selagem de DNA (previamente tratada com enzimas de restrição) é realizada por ligases.

Técnica: Como o DNA de um organismo no laboratório é artificialmente modificado?

Vamos agora descrever as principais etapas exigidas pela tecnologia de DNA recombinante. Todos são realizados por profissionais de um laboratório de biologia molecular.

O que é um “clone”?

Antes de continuar com o protocolo experimental, devemos observar que na biologia molecular e na biotecnologia o termo “clone” e o verbo “clone” são amplamente utilizados. Isso pode causar confusão.

Nesse contexto, não estamos nos referindo à clonagem de um organismo inteiro (como no caso das famosas ovelhas Dolly, por exemplo), mas à clonagem de um fragmento de DNA, que pode ser um gene. Ou seja, produza muitas cópias – geneticamente idênticas – da sequência.

1. Isolamento e obtenção de DNA

O primeiro passo é decidir qual sequência você deseja usar. Isso depende inteiramente do pesquisador e dos objetivos de seu trabalho. Então, esse DNA deve ser isolado e purificado. Os métodos e procedimentos para alcançar isso dependem do organismo e do tecido.

Um pedaço de tecido é geralmente retirado e tratado em um tampão de lise com proteinase K (uma enzima proteolítica) e, em seguida, o DNA é extraído. Posteriormente, o material genético é fragmentado em pequenos fragmentos.

2. Vetor de clonagem

Após as etapas preparatórias, o pesquisador procura introduzir o segmento de DNA de interesse em um vetor de clonagem. A partir de agora, chamaremos esse segmento de DNA de DNA branco.

Plasmídeos

Um dos vetores mais utilizados em um plasmídeo de origem bacteriana. Um plasmídeo é uma molécula de DNA circular de fita dupla que encontramos naturalmente nas bactérias. São entidades estranhas ao cromossomo bacteriano – isto é, são extracromossômicas e são encontradas naturalmente nesses procariontes.

Os elementos básicos de um vetor são: (a) uma origem de replicação, que permite a síntese de DNA; (b) agente de seleção, que permite a identificação de organismos que transportam o plasmídeo com DNA branco, como resistência a um antibiótico; e (c) local de multiclonagem, onde são encontradas as seqüências que serão reconhecidas pelas enzimas de restrição.

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O primeiro DNA recombinante de sucesso no laboratório foi clonado no plasmídeo pSC101 a partir da bactéria E. coli. Ele contém um local de restrição para a enzima de restrição EcoRI e um gene de resistência a antibióticos, além da origem da replicação.

A inserção do DNA branco no plasmídeo é feita usando as ferramentas moleculares das enzimas de restrição e ligases descritas na seção anterior.

Tipos de vetores restantes

Além dos plasmídeos, o DNA pode ser inserido em outro vetor, como o bacteriófago lambda, cosmídeos, YAC (cromossomos de levedura artificiais), BAC (cromossomo artificial de bactérias) e fagóides.

3. Introdução de DNA recombinante

Uma vez obtida a molécula de DNA recombinante (gene de interesse no plasmídeo ou outro vetor), ela é introduzida em um hospedeiro ou organismo hospedeiro, que pode ser uma bactéria.

Para introduzir DNA estranho em uma bactéria, é usada uma técnica chamada transformação bacteriana, em que o corpo é submetido a um tratamento com cátions divalentes que o torna suscetível ao DNA.

Metodologicamente, não podemos garantir que 100% das bactérias em nossa cultura tenham efetivamente capturado nossa molécula de DNA recombinante. É aqui que a porção do plasmídeo que contém a resistência aos antibióticos entra em cena.

Assim, as bactérias que tomaram o plasmídeo serão resistentes a um determinado antibiótico. Para selecioná-los, basta aplicar o referido antibiótico e levar os sobreviventes.

4. “Colha” a proteína

Após selecionar as bactérias com nosso DNA recombinante, passamos a usar o mecanismo enzimático do hospedeiro para gerar o produto proteico de interesse. À medida que a bactéria se reproduz, o plasmídeo passa para a prole, para que não seja perdido durante a divisão.

Este procedimento usa as bactérias como uma espécie de proteína “de fábrica”. Mais tarde, veremos que esse foi um procedimento muito relevante no desenvolvimento de tratamentos médicos eficazes.

Quando a cultura está pronta e as bactérias produzem grandes quantidades de proteínas, é realizada a lise ou a degradação celular. Existe uma ampla gama de técnicas bioquímicas que permitem a purificação de proteínas de acordo com suas características físico-químicas.

Em outro contexto experimental, podemos não estar interessados ​​em gerar a proteína, mas estamos interessados ​​em obter a sequência de DNA per se . Se fosse esse o caso, o plasmídeo serviria para criar várias cópias do fragmento que nos interessa, a fim de ter DNA branco suficiente para realizar as experiências relevantes.

Aplicações

A tecnologia de DNA recombinante abriu um número infinito de possibilidades para a biologia molecular, biotecnologia, medicina e outras áreas relacionadas. Suas aplicações mais importantes são as seguintes.

Análise genética

A primeira aplicação está diretamente relacionada aos laboratórios de biologia molecular. A tecnologia de DNA recombinante permite que os pesquisadores entendam a função normal dos genes, e as proteínas geradas podem ser usadas em investigações subsequentes.

Indústria farmacêutica

As proteínas produzidas pelo procedimento de DNA recombinante têm aplicações na medicina. Dois exemplos muito relevantes no campo são a insulina humana e o hormônio do crescimento, que é aplicado em pacientes sem essa proteína.

Graças ao DNA recombinante, essas proteínas podem ser geradas sem a necessidade de extraí-las de outro ser humano, o que representa complicações metodológicas adicionais e riscos à saúde. Isso ajudou a melhorar a qualidade de vida de inúmeros pacientes.

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