Biotecnologia no diagnóstico e na terapêutica de doenças

Anticorpos policlonais – conjunto de anticorpos com diferentes especificidades, produzidos em resposta a um contacto com outro antigénio.

Anticorpos monoclonais – anticorpos produzidos em laboratório com elevada especificidade para um determinado antigénio.

Obtenção de anticorpos monoclonais em laboratório:

Aplicações dos anticorpos monoclonais:


- Diagnósticos de doenças ou condições clínicas;













- Imunização passiva;

- Tratamento do cancro;

- Enxertos e transplantes;









- Antídotos para venenos e drogas.

Bioconservação – consiste na transformação de um determinado composto noutro composto estruturalmente relacionado e, com valor comercial, por células ou microrganismos.

Produtos obtidos por bioconservação:
- Antibióticos

- Esteroides

- Vitaminas

- Vacinas

- Proteínas humanas

Imunidade e Controlo de doenças

Memória imunitária

O primeiro contacto do organismo com um antigénio origina uma resposta imunitária primária, durante a qual são activados linfócitos B e T que se diferenciam em células efectoras e células de memória.
Eliminando o antigénio, as células efectoras desaparecem, mas as células de memória permanecem no organismo e dão origem a uma resposta imunitária secundária, mais rápida, intensa e prolongada, num segundo contacto com o mesmo antigénio. Esta propriedade designa-se memória imunitária.

Imunidade activa – o sistema imunitário do indivíduo responde ao antigénio e produz anticorpos e células de memória.

Imunidade passiva – o sistema imunitário do indivíduo não responde ao antigénio. São transferidos anticorpos produzidos por outra pessoa ou por um animal.

Portugal

Força Portugal

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Imunidade e controlo de doenças

Defesas especificas

As substâncias que desencadeiam uma resposta específica são os antigénios. Um antigénio possui várias regiões capazes de serem reconhecidas pelas células do sistema imunitário designadas de determinante antigénico.

Células que intervêm na defesa especifica:

- Linfócitos B (imunidade humoral)

- Linfócitos T (imunidade celular)

Imunidade humoral
1º - Um macrófago fagocita um determinado antigénio e processa-o. O determinante antigénico liga-se a uma proteína e é apresentado à superfície do macrófago;
2º - O determinante antigénico é reconhecido pelo clone de linfócitos B que possui o receptor específico e por linfócitos T auxiliares;
3º - O clone de linfócitos B é activado e sofre multiplicação;
4º - Os linfócitos b diferenciam-se em plasmócitos (produzem anticorpos) e em células de memória (actuam na segunda resposta imunitária);
5º - Os anticorpos interagem com o antigénio e levam à sua destruição;
6º - Os plasmócitos morrem e os anticorpos são degradados. As células de memória são armazenadas no sangue.


Imunidade celular
1º - Os determinantes antigénicos são reconhecidos pelos linfocitos T auxiliares;
2º - Os linfócitos T auxiliares diferenciam-se em linfócitos T citotóxicos e linfócitos T de memória. Libertam mediadores químicos que estimulam a fagocitose, a produção de interferão e a produção de anticorpos pelos linfócitos B;
3º - Os linfócitos T citotóxicos ligam-se às células estranhas e libertam perforina (proteína que provoca a lise celular);
4º - Os linfócitos T de memoria desencadeiam uma resposta mais rápida e vigorosa num segundo contacto com o mesmo antigénio.

Imunidade e Controlo de doenças

Defesas não especificas

Barreiras mecânicas do Homem

Fagocitose – captura, por endocitose, de células ou resto de células que são destruídas em vesículas digestivas. As células que realizam fagocitose são os fagócitos. Existem 3 tipos de fagócitos: neutrófilos, monócitos e eosinófilos.

Reacção inflamatória – resposta do organismo a ferimentos ou infecções, caracterizada clinicamente por calor, edema e vermelhidão; fisiologicamente, por vasodilatação e aumento da fagocitose.

Febre – se ocorrerem falhas no processo inflamatório, a infecção persiste, obrigando à produção de citocinas que emitem sinais ao cérebro para a produção de febre que inibe o crescimento dos agentes patogénicos invasores.

Interferões – pequenas proteínas que interferem na replicação viral das células hospedeiras.

Imunidade e controlo de doenças

Agentes patogénicos ou patogenes

Agentes causadores de doenças e podem ser:









- Bactérias;

- Vírus;









- Fungos, protozoários e vermes.

O sistema imunitário é constituido por um conjunto de orgãos, tecidos e células capazes de reconhecer os elemntos proprios e estranho ao organismo e de desenvolver acções que protegem o organismo dos agentes patogénicos e das celulas cancerosas.

Resposta imunitária inata ou não especifica - mecanismos fisicos, quimicos e celulares que impedem a entrada de agentes patogénicos.

Resposta imunitária adquirida o especifica - baseada na produção de anticorpos.

O sistema de defesa interno permite ao organismo reconhecer substâncias e organismos estranho

Antigénio – uma molécula, geralmente uma proteína, que pode ser reconhecida como estranha pelas células do sistema imunitário.
Anticorpos – proteínas especificas (imunoglobulinas) que reconhecem os antigénios, ligando-se a estes. São produzidos pelos plasmócitos.

Fundamentos da Engenharia Genética

DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas

No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição. Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos cujas dimensões e composição em nucleótidos variam de pessoa para pessoa e reflectem as diferenças entre os alelos dos vários locus.

Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de modo diferente quando submetidos a electroforese (determinadas moléculas são sujeitas a um campo eléctrico num meio poroso) e o resultado é um padrão de bandas que difere de individuo para individuo.

Fundamentos da Engenharia Genética

Reacções de polimerização em cadeia – PCR

O PCR é uma técnica que permite ampliar qualquer porção de DNA fora das células. Consta das seguintes etapas:
1º - O segmento de DNA a amplificar é aquecido de modo a separar as duas cadeias da dupla hélice;
2º - Adicionam-se nucleótidos livres e DNA polimerase resistente ao calor. A DNA polimerase cataliza a formação das cadeias complementares reconstituindo a dupla hélice;
3º - O procedimento é repetido e em cada ciclo a quantidade de DNA duplica.

Esta técnica permite a obtenção de biliões de cópias de uma porção de DNA em poucas horas e é executada por aparelhos.

Poluição

Fundamentos da Engenharia Genética

cDNA - DNA complementar

Os procariontes não processam o mRNA e quando recebem genes com intrões, as proteínas produzidas tornam-se não funcionais. Este problema pode ser ultrapassado pela obtenção e transferência do cDNA.

O cDNA é uma molécula de DNA sem intrões que é directamente transcrita numa molécula de mRNA funcional. O processo de obtenção de cDNA é o seguinte:

1º - isola-se a molécula de mRNA das células;

2º - Adiciona-se transcriptase reversa e nucleótidos livres. a transcriptase reversa cataliza a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de mRNA;

3º - Junta-se uma enzima que degrada o mRNA que serviu de molde e DNA polimerase que cataliza a formação da cadeia complementar do DNA.

Alterações no material genético

Mutações somáticas - ocorre durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica. Todas as células descendentes são afectadas, mas podem localizar-se apenas numa pequena parte do corpo. As mutações somáticas estão na origem de certos cancros.

Mutações nas células germinativas - ocorre durante a replicação do DNA que precede a meiose. A mutação afecta os gâmetas e todas as células que deles descendem após a fecundação.

As mutações podem ocorrer espontaneamente, ocorrendo em qualquer gene e em qualquer local do gene, ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagénico, como por exemplo fontes naturais de radiação e substâncias químicas.

Poluição

Buraco do Ozono

Ao longo dos últimos 25 anos, tem-se verificado uma rarefacção da camada de ozono que protege o planeta das radiações ultravioleta prejudiciais. Na Antárctica, a camada de ozono sofreu uma diminuição tão significativa que se formou um buraco que está a aumentar gradualmente. Actualmente no pólo norte uma situação semelhante acontece.
A constante destruição da camada de ozono leva a um aumento de raios ultravioletas (UV), altamente energéticos que atingem a superfície do planeta.Estes raios ao atingirem a Terra provocam graves problemas ao nível dos ecossistemas marinhos (destruição do plâncton), promovem a destruição do DNA das células provocando cancro de pele, entre outros.


Os principais responsáveis são:
- Hidrocarbonetos totalmente clorofluorados (CFC) e, em menor escala, hidrocarbonetos parcialmente clorofluorados (HCFC) provenientes da refrigeração, produção de espumas expandidas, aerossóis e solventes;
- Brometo de metilo proveniente da fumigação dos solos na agricultura e da queima da biomassa.
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Para diminuir esse impacto as pessoas devem reduzir o desperdício da luz, não usar sprays com CFCs, entregar os aparelhos com refrigeração (frigoríficos e ar condicionado) para a reciclagem, apostar nos transportes públicos e fazer pressão para que se aposte em formas de energias alternativas, como a solar e a eólica.

Alimentação

Transgénicos

São organismos que, mediante técnicas de engenharia genética, contenham material genético de outros organismos.

A manipulação genética recombina características de um ou mais organismos de uma forma que provavelmente não aconteceria na natureza. Por exemplo, podem ser combinados os DNAs de organismos que não se cruzariam por métodos naturais.

Alimentos transgénicos são alimentos cuja semente foi modificada em laboratório. Alguns dos motivos de modificação destas sementes é para que as plantas possam resistir às pragas ,insectos e a grandes quantidades de insecticidas .
Esses alimentos podem causar riscos ambientais, nomeadamente o aparecimento de ervas daninhas resistentes a pesticidas, e a poluição dos terrenos e lençóis de água pelo abuso de adubos.

Obtenção de transgénicos (Figura seguinte)

Alimentação

Fome

Fome é o nome que se dá à sensação fisiológica que o corpo percebe quando necessita de alimento para manter suas actividades inerentes à vida. O termo comummente é usado mais amplamente referir a casos de malnutrição ou privação de comida entre as populações, normalmente devido a pobreza, conflitos políticos ou instabilidade, ou condições agrícolas adversas. Em casos crónicos, pode levar a um mal desenvolvimento e funcionamento do organismo.


Consequências da fome
As consequências imediatas da fome são a perda de peso nos adultos e o aparecimento de problemas no desenvolvimento das crianças. A desnutrição, principalmente devido a falta de alimentos energéticos e proteínas, aumentam nas populações afectadas e faz crescer a taxa de mortalidade, em parte, pela fome e, também, pela perda da capacidade de combater as infecções.

Alimentação

Componente comum de frutas e verduras combate cancro da próstata

Cientistas da Universidade da Geórgia, dos Estados Unidos, referem que um tipo de fibra (a pectina) frequentemente encontrada em frutas e vegetais e usada para fazer geleias pode matar células do cancro da próstata.Os cientistas descobriram no estudo (em condições laboratoriais) que expor o cancro da próstata à componente pectina, reduz o número de células em mais de 40%. Referem que a pectina induz as células com cancro a se autodestruírem (apoptose), deixando as células saudáveis intactas.Neste momento, os cientistas estudam qual a estrutura da pectina responsável pelo apoptose para que seja possível desenvolver medicamentos e alimentos com mais benefícios.Os cientistas acrescentam que são necessárias realizar mais pesquisas para suportar o uso de suplementos de pectina, no entanto sublinham que podemos e devemos melhorar o nosso bem-estar aumentando o consumo de frutas e vegetais.

Alimentação

Alimentação rica em carne durante a gravidez afecta resposta dos filhos ao stress

Um estudo realizado por cientistas britânicos refere que indivíduos adultos cujas suas mães tiveram uma alimentação rica em carne durante a gravidez podem ter tendência a uma exagerada resposta hormonal ao stress.O estudo consistiu na análise de 70 indivíduos adultos, filhos de mulheres britânicas, que no final da década de 60 foram informadas que deveriam ter uma alimentação rica em proteína e pobre em carboidratos para diminuir o risco de pré-eclámpsia, complicação marcada pela alta pressão sanguínea.Os cientistas recolheram amostras de saliva dos indivíduos objecto de estudo depois de terem sido submetidos a situações de stress. Algumas situações de stress que os indivíduos estiveram submetidos foram falar em público e fazer contas de cabeça.A equipa de cientistas concluiu que os indivíduos cujas mães comeram mais carne durante a gravidez apresentavam maiores níveis de cortisol no organismo, “hormonas do stress”.Refira-se que o cortisol em grandes quantidades no organismo aumenta o risco de hipertensão, diabetes e doenças cardíacas.

Alimentação

Ómega 3 pode ajudar no tratamento da epilepsia

Estudo refere que a gordura benéfica protege e estimula a formação de novos neurónios. Refira-se que a pesquisa foi realizada com ratos, todavia já estão a ser feitos testes em humanos.A Band News noticiou que este estudo brasileiro declara que o Ómega 3, um tipo de gordura benéfica, pode melhorar a vida dos epilépticos, protegendo os seus neurónios. Acrescenta ainda que o Ómega 3 é um nutriente preventivo importante para doenças que causam alterações cerebrais, como os Acidentes Vasculares Cerebrais (AVC) e os Traumatismos Cranio-Encefálicos.A epilepsia configura-se como a doença crónica grave mais comum entre os brasileiros, atingindo cerca de 2% da população.O Ómega 3 não é produzido pelo organismo humano, tendo que esta gordura ser obtida por meio da ingestão de alimentos como peixes marinhos (salmão, atum, bacalhau, sardinha, etc.), nozes, óleos vegetais e suplementos.O coordenador da pesquisa, realizada pela Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), refere que este comportamento não tem contra-indicação, no entanto não tem uma acção tão eficaz quanto a de um medicamento antiepiléptico. Adianta que para a resposta ser ainda melhor, além da toma do medicamento, o paciente deve comer peixe pelo menos três vezes por semana.

Alimentação

Conservação de alimentos

A conservação de alimentos visa preservá-los ao longo do tempo, com o objetivo de evitar a deterioração para uso futuro.
Para os primeiros métodos de conservação de alimentos usavam-se o sal e as especiarias para evitar a sua deterioração por microorganismos.

Tipos de conservação:

• Aditivos alimentares;


• Atmosfera moficada (embalagem por vácuo);


• Conservação pelo calor (esterialização, branqueamento e pasteurização);


• Conservação pelo frio (congelamento e refrigeração);


• Desidratação e secagem (liofilização, fumagem, secagem natural pelo sol, secagem pelo ar);


• Filtração.
  
  
  

Outro tipo de fermentação

Fermentação acética

A fermentação acética corresponde à transformação do álcool em ácido acético por determinadas bactérias, conferindo o gosto característico de vinagre.

As bactérias acéticas constituem um dos grupos de microrganismos de maior interesse econômico, de um lado pela sua função na produção do vinagre e, de outro, pelas alterações que provocam nos alimentos e bebidas.

As bactérias acéticas são particularmente instáveis, mostrando acentuado polimorfismo e variação da propriedade bioquímica. Em alguns casos, podem perder até mesmo a capacidade fundamental de oxidar o etanol a ácido acético.

A bactéria acética ideal é aquela que resiste à elevada concentração de álcool e de ácido acético, com pouca exigência nutritiva, elevada velocidade de transformação do álcool em ácido acético, bom rendimento de transformação, sem hiperoxidar o ácido acético formado, além de conferir boas características gustativas ao vinagre.
Essas bactérias acéticas necessitam do oxigénio do ar para realizarem a acedificação. Por isso multiplicam-se mais na parte superior do vinho que está sendo transformado em vinagre, formando um véu conhecido como "mãe do vinagre". Esse véu pode ser mais ou menos espesso de acordo com o tipo de bactéria.

Fermentação

É um processo utilizado pelas bactérias para obter energia através da oxidação imcompleta da glicose, sem usar oxigénio livre. Por exemplo, as bactérias conhecidas como lactobacilos, utilizadas na produção de iogurte, produz no final ácido láctico, assim esta fermentação chama-se: fermentação láctica (figura 1). Alguns fungos também são utilizados para realizarem este processo para o fabrico da cerveja e do pão, e podem ser chamados de anaeróbios facultativos, e a fermentação realizada por estes produz álcool, deste modo esta fermentação chama-se: fermentação alcoólica (figura 2).

Fig.1

Neste processo o piruvato e os electrões de NADH permanecem no citosol. O piruvato é convertido em produtos que são excretados pela célula, como por exemplo o etanol e o CO2, e o NADH dá os seus electrões e é convertido novamente em NAD+, que é importante para as reacções de glicólise. Fig.2

Fermentação láctica no músculo: Quando se realiza um esforço muscular forte, a quantidade de oxigénio que chega aos músculos, não é suficiente para fornecer a energia necessária para a actividade em questão. Então as células musculares passam a realizar fermentação láctica, onde o ácido láctico acumula-se no interior da fibra produzindo dores, cansaço e cãibras. Depois, uma parte desse ácido é conduzida pela corrente sanguínea ao fígado onde é convertido em ácido pirúvico.
Em repouso a célula muscular produz excesso de ATP, que transmite a energia para outro composto, a creatina fosfato, que é mais estável permanecendo por mais tempo armazenada na célula. Numa contracção, este composto cede energia para produção de ATP.

Cientista cria peixe transparente para entender melhor o cancro


Foi criada uma nova variedade de peixe transparente que pode ajudar os médicos a entender melhor doenças como o cancro e o funcionamento das células estaminais.

Criado por Richard White, do Hospital Infantil de Boston, este novo peixe é uma variedade do peixe-zebra e, segundo o investigador, vai permitir um melhor acompanhamento de doenças e processos biológicos de evolução rápida.

O próprio investigador "testou" o peixe transparente, numa primeira experiência em que analisou a forma como células de um tumor na pele (melanoma) se comportaram depois de terem sido criadas, com um pigmento fluorescente, dentro do abdómen do animal. Segundo o investigador, em cinco dias, as células, vistas ao microscópio, alastraram-se da cavidade abdominal para a pele do peixe.

Para o investigador, esta reacção das células cancerosas é importante, pois indica que "quando as células de um tumor se espalham para outras partes do corpo, não o fazem de forma aleatória; elas sabem para onde ir”. Contudo, ainda não se sabe o que leva um tumor cancerígeno localizado a espalhar-se para outras partes do corpo, tornando-se posteriormente fatais.

Neste estudo, White disse ter sido capaz de ver exactamente como o cancro se começou a espalhar e mesmo como cada célula cancerígena se multiplicou individualmente – em tempo real, num ser vivo. “O que acontece num organismo vivo é diferente do que o que acontece numa placa de petri (instrumento cilíndrico de laboratório usado em culturas de células e microrganismos em geral)”, concluiu.

Noutra experiência levada a cabo pelo investigador, ele analisou detalhadamente como as células estaminais que levam à produção de células de sangue reagiram ao serem transplantadas no peixe transparente.

DNA Recombinante

DNA Recombinante

A tecnologia do DNA recombinante surgiu após estudos genéticos em bactérias e nos vírus que as invadem. Esta tecnologia consiste no isolamento e restrição de sequências de DNA que são introduzidas num vector de DNA. A Engenharia Genética é uma tecnologia que usa o DNA recombinante para produzir novos produtos, desde farmacológicos até ao domínio da agricultura. É também possível introduzir um gene humano numa bactéria e fazer com que essa bactéria produza uma proteína humana.

Alterações no material genético

Mutações

Alterações do material genético. O indivíduo cujo património genético sofreu alterações chama-se mutante. Algumas mutações nos humanos são facilmente observáveis em termos de fenótipo, outras dificilmente são detectáveis. Existem mutações que provocam alterações fenotipicas em apenas algumas condições restritivas (ex: temperaturas elevadas). Neste caso, os organismos designam-se mutantes condicionais.

Mutações genicas – afectam um único gene, em que um dos alelos sofre modificações devido a pequenas alterações no número ou sequência de nucleótidos.

Mutações cromossómicas – podem alterar a posição ou sentido de um segmento de DNA, sem remover qualquer informação genética, ou então causar a perda irrecuperável de um segmento de DNA.

Mutações Genicas:

Mutação silenciosa – substituição de uma base de DNA por outra, mas que resulta num codão que codifica o mesmo aminoácido. Não tem efeito sobre o fenótipo.

Mutação com perda de sentido – substituição de uma base de DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido na proteína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada.


Mutação sem sentido – substituição de uma base do DNA de tal modo que, no mRNA, um codão que especifica um aminoácido é alterado para um codão de STOP, ou o contrário. Origina uma proteína mais curta ou mais longa do que a proteína normal.

Mutação por alteração do modo de leitura – adição ou deleção de pares de bases únicas. Se uma base é adicionada ou delectada, a tradução procede normalmente até esse local mas a partir deste momento a sequência de 3 bases está alterada. Este tipo de mutações origina, geralmente, proteínas não funcionais.

Mutações cromossómicas estruturais:

Delecção – perda de um segmento cromossómico em que parte do material genético é removido.

Duplicação – existência de 2 copias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à delecção no correspondente cromossoma homologo.

Inversão – remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossoma.

Translocação – troca de um segmento de DNA entre cromossomas não homólogos.

Mutações cromossómicas numéricas:

Poliploidia – existe pelo menos um conjunto completo de cromossomas a mais.

Aneuploidias – existem, em relação ao numero normal, cromossomas a mais ou a menos.
- Polissomia – um ou mais cromossomas extra. As mais comuns são as trissomias.
- Monossomia – um cromossoma em falta.
- Nulissomia – faltam os dois cromossomas de um par de homólogos.

Exemplos de mutações cromossómicas numéricas

Trissomia 21 (Síndrome de Down) – indivíduos de baixa estatura com uma morfologia de pálpebras característica, boca pequena e aberta e atraso mental em grau variável.

Trissomia 18 (Síndrome de Edwards) – atraso mental grave, malformações cardíacas e morfológicas. Raramente sobrevivem mais que alguns meses.

Trissomia 13 (Síndrome de Patau) – malformações morfológicas e do sistema nervoso central graves. Atraso mental profundo. Raramente sobrevivem mais que alguns meses.

Monossomia do X (Síndrome de Turner) – mulheres de baixa estatura, com caracteres sexuais pouco desenvolvidos e frequentemente estéreis. Inteligência, geralmente, normal.

47, XXY (Síndrome de Klinefelter) – homens de elevada estatura, com caracteres sexuais pouco desenvolvidos e quase sempre estéreis. Inteligência, geralmente, normal.