3º Ano Ensino Médio - Noturno - Biologia - Linguagens da Vida.

 TEMA: Análise de DNA

O DNA (ácido desoxirribonucleico) é um dos ácidos nucleicos. Este nome deriva do fato de que foi primeiramente descrito no núcleo de eucariotos, mas é bom lembrar que procariotos (organismos sem núcleo) também possuem DNA. Embora o DNA tenha se tornado conhecido apenas nas últimas décadas devido à popularização dos exames para identificação de paternidade duvidosa, sua estrutura foi elucidada em 1953, quando ficou comprovado que o DNA contém toda a informação necessária para construir organismos. Há partes do DNA que são muito variáveis, de modo que cada indivíduo tem pedaços únicos, presentes apenas ele (exceto pelos gêmeos univitelinos, que compartilham mesmo estas partes muito variáveis. Com isso, é possível utilizar estas partes para identificar pessoas, de modo a estabelecer paternidade e confirmar que uma pessoa participou de um crime (ou pelo menos esteve no local do crime). 

O teste de DNA, chamado de DNA fingerprint ou impressão digital genética, fornece um grau de confiabilidade bastante alto, ultrapassando 99,9% de certeza em seu resultado. Devido a isso, esse teste foi historicamente empregado na determinação de paternidade e na resolução de crimes. Para que haja a identificação de uma pessoa através de seu DNA, são utilizadas sequências muito variáveis do DNA humano. Algumas destas sequências são conhecidas como VNTR (Variable Number of Tandem Repeats — número variável de repetições em sequência). Estas regiões são sequências curtas (tome como exemplo hipotético ATTGGCTATATAGG) que se repetem muitas vezes, uma seguida da outra (isso é o significado de tandem). Assim, enquanto um destes VNTRs tem uma cópia desta sequência em um cromossomo (ATTG) o outro tem duas (ATTGGCTATATAGGATTGGCTATATAGG) = (ATTGGCTATATAGG)2 e um terceiro tem 30 (ATTGGCTATATAGG)30. ATTGGCTATATAGG é só um exemplo dos vários VNTRs que existem nos seres humanos, de modo que se em um local de crime, por exemplo, foi extraído o DNA de um fio de cabelo (com bulbo), é possível comparar este DNA com o de um suspeito. Se o padrão de VNTRs for o mesmo, pode-se dizer que o suspeito esteve no local do crime, o que pode ajudar a resolver o caso. 

Para testes de paternidade, os cientistas valem-se do fato de que os filhos herdam o DNA de seus pais. Num locus de VNTR, cada indivíduo tem dois alelos, um herdado do pai e outro da mãe, de modo que se tivermos o DNA da criança, da mãe e do suposto pai, podemos, de forma simples, excluir a paternidade da criança. 

Para visualizar os VNTRs, são utilizadas enzimas de restrição (que cortam o DNA em locais específicos). Depois de fragmentado, o DNA é submetido à eletroforese, que consiste em um substrato (um gel) que é um polímero que microscopicamente funciona como uma rede. Fragmentos maiores ficam mais presos nesta rede, enquanto fragmentos menores se movimentam melhor nela. Normalmente o gel é colocado em uma vasilha contendo solução tampão (que mantém o pH) de modo a não degradar o DNA, que já está em pedaços e “corre” rumo ao pólo positivo (por ser ácido, o DNA tem carga negativa — lembre-se que os opostos, pelo menos em termos de carga elétrica, se atraem). 

O DNA é aplicado ao gel (inserido em uma cavidade feita no gel) e, quando a carga elétrica é ligada, começa a “correr” rumo ao polo positivo. Como se movimentam com mais facilidade, os fragmentos menores correm mais rápido, enquanto os maiores correm mais devagar. Depois de um tempo correndo, a corrente elétrica é cortada e os fragmentos de DNA ficam parados em diferentes pontos do gel. 

Depois disso, o DNA que está preso no gel passa por um processo de separação da dupla fita, conhecido como desnaturação. Agora vem a parte bonita da história. Os cientistas desenvolveram sondas de VNTRs, que nada mais são que fragmentos (simples-fita) de um VNTR ligado a uma molécula luminescente. No nosso exemplo seria ATTGGCTATATAGG-***. Esta sonda é colocada junto com o gel (com o DNA aberto) e se liga nos fragmentos complementares à sonda (lembre-se que A pareia com T e C pareia com G. Deste modo, é possível visualizar no gel (com uma luz apropriada para fazer a sonda brilhar) onde está um dado fragmento de VNTR, como na imagem 1. Na imagem 1A e 1B temos o padrão de VNTR de três indivíduos, 1 (mãe), 2 (criança) e 3 (suposto pai). Em 4, temos a mistura do DNA da criança com o do suposto pai. 

Em A, a mãe (1) tem dois alelos, digamos b e c. A criança (2) também tem dois alelos , digamos a e c; e o pai (3) tem dois alelos, digamos a e d. Neste caso, não é possível excluir a paternidade, já que o pai compartilha o alelo a com a criança. Repare que em 4, que juntou o DNA do suposto pai e da criança, aparecem os dois alelos da criança (a e c), mais o alelo exclusivo do pai (d). A seta indica o alelo compartilhado pelo pai e a criança. 

Em B, a mãe (1) tem dois alelos, digamos g e j. A criança (2) tem também dois alelos, f e j (sendo j herdado da mãe), enquanto o pai (3) tem os alelos h e i. Repare que o suposto pai não compartilha nenhum de seus alelos com a criança. Em 4 é possível observar os dois alelos da criança (f e j) e os dois alelos do pai (h e i) completamente separados. Neste caso, a paternidade foi excluída por este alelo VNTR. A seta indica o alelo herdado do pai, que definitivamente não é o indivíduo testado, cujo DNA está em 3.

TERAPIA GÊNICA 

Por terapia gênica se entende a transferência de material genético com o propósito de prevenir ou curar uma enfermidade qualquer. No caso de enfermidades genéticas, nas quais um gene está defeituoso ou ausente, a terapia gênica consiste em transferir a versão funcional do gene para o organismo portador da doença, de modo a reparar o defeito. A ideia é bem simples, mas ainda distante da nossa realidade. 

1. Primeira etapa: o isolamento do gene. 

Um gene é uma porção de DNA que contém a informação necessária para sintetizar uma proteína. Transferir um gene é transferir um pedaço particular de DNA. Portanto, é necessário antes de tudo, conhecer o pedaço correto. Em torno de 5000 doenças genéticas são conhecidas pela ciência. Doenças genéticas são produzidas por alelos defeituosos (ou ausentes) de alguma proteína importante, essencial para o bom funcionamento do organismo. 

O primeiro passo para a terapia gênica é identificar o gene responsável pela enfermidade. Feito isso, é necessário saber onde este gene se encontra, saber a sequência exata do gene defeituoso e do gene saudável (retirado de pessoas sem a doença). Esta primeira etapa é chamada de isolamento ou clonagem do gene. 

Muitos dos genes (ou alelos) responsáveis por doenças genéticas (bem como seus homólogos saudáveis) já são bastante conhecidos graças aos avanços recentes da biologia molecular . 

2. In vivo ou em ex-vivo? 

Uma vez obtidos os clones de alelos saudáveis de genes defeituosos, é possível transferir estes clones para células isoladas do paciente (ex-vivo) que são cultivadas em laboratório, transformadas (com o gene correto) e introduzidas no paciente. Outra alternativa, mais complicada e mais difícil de fazer) é transferir os clones diretamente nas células do paciente (in vivo). 

3. Como se transfere o DNA para a célula hospedeira? 

Os procedimentos de transferência do DNA in vivo ou em ex-vivo têm o mesmo propósito: o gene deve ser transferido para dentro das células, e, uma vez inserido, deve resistir por tempo suficiente para ser transcrito e traduzido numerosas vezes, a ponto de produzir grandes quantidades de proteína e reparar o defeito genético. Essas características podem ser resumidas em um único conceito: o gene estranho precisa se expressar de modo efetivo no organismo que o receberá. O sistema mais simples seria, naturalmente, injetar o DNA diretamente nas células ou nos tecidos do organismo a ser tratado. Na prática, este sistema é extremamente ineficaz: o DNA desnudo quase não apresenta efeito nas células. Além disso, essa tentativa requer a injeção em uma única célula ou grupos de células do paciente. Com isso, quase todas as técnicas atuais para a transferência de material genético requerem o uso de vetores, para transportar o DNA para as células hospedeiras. 

Na imagem abaixo consta o exemplo do uso de retrovírus para a inserção de genes em células da M.O.V. (medula óssea vermelha), um tipo de célula que se reproduz rapidamente pode se diferenciar em qualquer célula no corpo de uma pessoa, pois são células ainda não diferenciadas. Os retrovírus têm a propriedade de invadir células hospedeiras e introduzir seu próprio DNA em um cromossomo do hospedeiro, de modo que o gene inserido no vírus fica associado ao cromossomo da célula, e portanto se reproduz com ela cada vez que a célula se divide. 

Depois de inserido na M.O.V., o pesquisador espera que ela se reproduza no laboratório e depois a injeta na medula do paciente. Na medula estas células se reproduzem e são distribuídas para o resto do corpo, inclusive para os tecidos onde o gene em estudo é expresso e esperançosamente resolve ou ameniza os problemas associados à doença genética em tratamento.  

ATIVIDADES

1 — (Enem 2013) Cinco casais alegavam ser os pais de um bebê. A confirmação da paternidade foi obtida pelo exame de DNA. O resultado do teste está esquematizado na figura, em que cada casal apresenta um padrão com duas bandas de DNA (faixas, uma para o suposto pai e outra para suposta mãe), comparadas à do bebê.

2 — (UFPE/UFRPE) A impressão digital genética (DNA fingerprint) é um dos testes desenvolvidos com o avanço da Engenharia Genética. Já disponível em alguns laboratórios, seu resultado se traduz num padrão de bandas, semelhante a um código de barras utilizado no comércio. Tal impressão genética dá a identidade individual de forma segura. No DNA fingerprint, o que se observa são: 

a) moléculas mistas de DNA e RNA. 

b) segmentos de desoxirriboses. 

c) fragmentos de riboses e de grupos fosfatos. 

d) sequências de DNA. 

e) proteínas chaves codificadas pelo DNA simples. 

3 — (Unicamp/2019) A prestigiada revista Science elegeu como um dos principais avanços científicos de 2017 um caso de terapia gênica em crianças portadoras de atrofia muscular espinhal do tipo 1, uma doença genética caracterizada pela atrofia progressiva dos músculos esqueléticos e morte precoce antes dos 2 anos de idade. A doença é causada por um gene defeituoso, que deixa de codificar uma proteína essencial para o funcionamento dos neurônios. No estudo, vírus não patogênicos que continham uma cópia normal do gene em questão foram injetados em quinze crianças doentes. As crianças tratadas sobreviveram além dos 2 anos e apresentaram melhoras na capacidade de movimento.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas na frase a seguir. “Os vírus injetados nas crianças foram capazes de (I) ______ , restaurando a produção (II) _________, que passaram, então, a controlar adequadamente (III) __________”. 

a) (I) atingir a medula óssea e introduzir nas células-tronco a cópia normal do gene; (II) de neurônios no cérebro; (III) a medula espinhal e, portanto, os músculos. 

b) (I) atingir a medula espinhal e remover dos neurônios a cópia defeituosa do gene; (II) de hormônios; (III) a geração de impulsos elétricos e os músculos. 

c) (I) atingir a medula espinhal e introduzir nos neurônios a cópia normal do gene; (II) da proteína essencial à função dos neurônios da medula; (III) os músculos.

d) (I) atingir a medula óssea e induzir a produção de linfócitos do sangue; (II) de anticorpos contra o vírus; (III) a infecção, restaurando os movimentos das crianças. 

4 — (UFJF – Pism 2019) O jornal Folha de São Paulo, em junho deste ano, publicou uma notícia com a seguinte manchete: “

Polícia federal usa bituca de cigarro e DNA para apurar ataque de facção”. 

A notícia tratava do uso da genética molecular para identificar criminosos por meio de identificação de DNAs presentes na cena de um crime. Sobre esse assunto é CORRETO afirmar que: 

a) As mutações e a mitose (que embaralha as diferentes combinações genéticas) são os processos responsáveis pela geração de variabilidade genética na espécie humana, o que permite identificar cada pessoa como sendo única. 

b) Nós possuímos variabilidade genética, como, por exemplo, temos um número de cromossomos diferentes, o que permite, em uma análise genética de DNA presente na cena de um crime, identificar um criminoso. 

c) A identificação de pessoas por meio de análise de DNA baseia-se no uso de enzimas de restrição, que são moléculas capazes de sequenciar o DNA, assim demonstrando de quem é o DNA presente na cena de um crime. 

d) Na eletroforese, os fragmentos de DNA maiores, por serem mais pesados, correm em uma maior velocidade ao longo do gel e se depositam, portanto, mais proximamente ao polo positivo no final do processo. 

e) A eletroforese de fragmentos de DNA é um dos métodos utilizados para identificar pessoas. O uso de enzimas de restrição para cortar o DNA gera um padrão de fragmentos que é característico de cada pessoa (impressão digital molecular). 

5 — (São Camilo 2014) Um gene de uma espécie de água-viva foi inserido no genoma de camundongos. O resultado do experimento foi percebido quando esses roedores ficaram expostos à luz ultravioleta e, devido à presença de certas proteínas, brilharam.

A técnica pode ser usada para marcar células cancerosas e com isso identificá-las no corpo de uma pessoa. De acordo com o experimento realizado e os desdobramentos dessa pesquisa, é correto afirmar que: 

a) as proteínas sintetizadas pelo camundongo teriam que ser injetadas em um tumor e elas se difundiram para as demais células, permitindo marcá-las. 

b) ocorreu a produção de proteínas, que fica fluorescentes nas células do camundongo, revelando que houve expressão dos genes da água-viva. 

c) houve a inserção de moléculas de RNA da água-viva no genoma do camundongo e elas se expressaram produzindo as proteínas fluorescentes. 

d) os genes da água-viva promoveram a formação de ribossomos nas células do camundongo e estes conseguiram produzir proteínas fluorescentes. 

e) as pessoas com câncer teriam que ingerir as proteínas fluorescentes para que fossem identificadas as células com tumores.