Fundamentos da engenharia genética e Imunidade
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Fundamentos da engenharia genética
Manipulação do DNA
Uma das descobertas mais importantes foram as enzimas de restrição capazes de cortar o DNA em locais específicos pois reconhecem pequenas sequencias de nucleótidos.
A engenharia genética baseia-se num conjunto de técnicas e ferramentas que permitem:
A intervenção no genoma de um organismo construindo novos genomas por recombinação do segmento genómico de um mesmo ou de diferentes cromossomas;
A modificação do DNA de um organismo para produzir genes com novas características.
Isolar e transferir genes, responsáveis pela produção de substancia, para outros seres vivos que não as produzam, de modo a serem funcionais nestes organismos;
Aplicações:
Estudo de mecanismos de replicação e expressão génica; Testes de paternidade; (…)
Técnicas de manipulação
DNA recombinante
Bacteriófagos – vírus que atacam bactérias introduzindo no seu interior DNA viral;
Como funcionam as enzimas de restrição ( endonuclease) ?
Cortam o DNA viral assim que este penetra no citoplasma, impedindo deste forma o ataque viral.
Têm a capacidade de reconhecer sequencia nucleótidos específicos do DNA, ligam-se a essa zonas e clivam-nas.
Vetor
Transportador de genes de um DNA para outro de uma célula hospedeira. Há diversos tipos de vetores mas, são os plasmídeos das bactérias os mais utilizados.
É um fragmento do DNA que é utilizado para transportar o segmento de DNA com interesse.
Plasmídeos
- Não são essenciais á sobrevivência da bactéria, podendo ser retirados( os genes).
- Podem replicar-se independentemente da molécula de DNA principal.
Técnica do DNA complementar
Dna finger-print
Em que consiste?
- Cada Dna é único. Podemos tirar a “impressão digital genética” através de:
Gotas de Sangue; Saliva; Cabelos;
Submetido á ação de enzimas de restrição, o DNA fragmenta-se em porções de diferentes tamanhos e pesos moleculares;
Eletroforense
Processo:
Aplicações:
Investigação criminal; Ciencia forese; Determinação de parentesco; Outras peritagens …
Material: DNA mitocondrial
Reação de polimerização em cadeia
- Técnica de clonagem de DNA de modo a obter grandes quantidades a partir de amostras pequenas;
Qual a dificuldade desta técnica?
- Conciliar o facto de decorrer a elevadas temperaturas ( 95ºC) coma fragilidade da enzima DNA polimerase.
Devido a isso , recorreu-se a microrganismos, utilizando a DNA polimerase, extraída de bactérias que vivem em meios muitos quentes.
- A polimerização em cadeia (PCR) faz-se de forma rápida( replicações sucessivas de determinadas porções de DNA).
-Permite a obtenção a partir de uma quantidade muito pequena, de grandes quantidades de DNA em pouco tempo;
- Esse DNA pode ser posteriormente utilizado em técnicas de recombinações de DNA.
-O PCR é utilizado na clonagem de genes, estudos de medicina forense, estudos de evolução humana, diagnostico de doenças hereditárias e infeções.
Aplicações da engenharia genética
Terapia génica somática- substituição de genes que promovem doenças hereditárias num indivíduo adulto.
Terapia génica germinal – Substituição de genes que promovem doenças hereditárias num embrião.
A engenharia genética tem permitido desenvolver organismos geneticamente modificados (OGM) ou transgénicos, através da manipulação do DNA.
Vantagens / Desvantagens do OGM
Vantagens:
Maior Eficiência alimentar; Maior variedade Maior resistência; Maior tolerância ao stress; Maior produtividade; Proteção do ambiente. Produção de substancias úteis; Desenvolvimento sustentável;
Desvantagens:
Impacto da saúde Impacto ambiental. Perda de biodiversidade; Podem ser converter em pragas; Acesso a propriedade intelectual; (Bio predadores)? Violação de organismos Alteração da Natureza;
Imunidade e controlo de doenças
Agentes patogénicos
-Bactérias/vírus/ fungo/ protozoários e alguns vermes.
Transmitem doenças infeciosas, por isso são chamados Agentes infeciosos ou patogénicos.
Vírus:
Não são considerados seres vivos; -Não têm estrutura celular; Património genético ( DNA ou RNA) Não tem metabolismo próprio; São parasitas obrigatórios, pois só se reproduze usando o material da célula
hospedeira;
Estrutura de um vírus bacteriófago
Material genético (acido nucleico- DNA ou RNA)
Invólucro Protetor (Capside- capsula proteica)
Alguns possuem enzimas e são rodeados por um involucro externo, semelhante a uma membrana de natureza lipídica.
Tipos de vírus:
DNA-vírus – têm DNA no genoma;
RNA- vírus- Têm RNA no genoma;
Retrovírus
Tipo especial de RNA-vírus que para se replicar, transcreve DNA utilizando a enzima transcriptase reversa;
Este DNA viral incorpora-se no DNA celular que permite a síntese das proteínas virais;
Bactérias
- Células procarióticas
-DNA molécula principal (nucleótido) + pequenos anéis de DNA – plasmídeos;
-Não possuem organelos membranares;
O sistema imunitário
Constituído por um conjunto de células, tecidos e órgãos;
Reconhece os elementos próprios e estranhos do organismo
Resposta imunitária
- Conjunto de processos que permite ao organismo reconhecer a presença de substâncias estranhas e eliminá-las.
-Desenvolve ações que protegem o organismo de potenciais agentes agressores biológicos- agentes patogénicos (microrganismos) ou químicos (toxinas).
- é também responsável pela vigilância e destruição das células envelhecidas e anormais ( cancerosas) do próprio organismo.
Do Sistema Imunitário fazem parte:
Tecidos e órgãos linfáticos; Vasos linfáticos Células efetoras (plasmócitos, macrófagos, e diferentes leucócitos)
Órgãos linfoides
Primários – Locais de formação de células imunitárias onde os linfócitos se diferenciam e atingem a maturidade. (Timo, medula óssea vermelha …)
Secundários – Locais de circulação e armazenamento das células imunitárias. Locais onde se desenvolve a resposta imunitária (Amígdalas, gânglios linfáticos , apêndice baço).
A medula vermelha:
- Encontra-se essencialmente no tecido ósseo esponjoso que se localiza no interior dos ossos como os da bacia, do externo etc…
Os leucócitos
Leucócitos:
Apresentam na superfície da membrana, glicoproteínas que por serem únicas em cada individuo funcionam como um sistema de identificação para o sistema imunitário. São os marcadores celulares
São células circulantes no sangue, na linfa intersticial e na linfa circulante.
Marcadores celulares
As glicoproteínas da superfície membranar que permitem identificar uma célula como pertencente ou não a um determinado organismo, tomam a designação de marcadores celulares. Estes marcadores são codificados por um conjunto de genes ligados que se encontram no cromossoma 6 e constituem o complexo de Histocampatibilidade (MHC).
Neutrófilos
- Constituem a 1º linha de defesa celular contra a invasão de microorganismos.
-Realizam a fagocitose e são os 1’s a chegar aos tecidos infetados atraídos por quimiotaxia.
-Têm um núcleo polilobado.
Basófilos
-Núcleo volumoso de forma irregular;
-Quando ativados libertam substâncias como a histamina produzindo uma resposta imunitária
-Envolvidos em reações alérgicas;
-Podem realizar fagocitose, mas de forma muito lenta.
Acidófilos ou eosinófilos
-Núcleo bilobado
-Realizam a fagocitose de forma mais lenta que os neutrófilos, mas são, geralmente, mais seletivos. A sua ação dirige-se especialmente contra parasitas, libertam enzimas que os destroem.
Monócitos
Circulam no sangue durante poucas horas e depois migram para os tecidos, aumentam de tamanho e transformam-se em macrófagos.
Macrófagos
Têm um papel importante na apresentação de antigénios aos linfócitos;
Linfócitos
-Os linfócitos B quando ativados diferenciam-se em plasmócitos que produzem anticorpos em células de memoria;
-Os linfócitos T contribuem para a ativação dos linfócitos B e destroem células infetadas por vírus e células cancerosas;
-As células NK (natural killer) têm funções particulares, nomeadamente a atividade contra células tumorais e células infetadas por certos tipos de vírus.
Propriedades dos leucócitos
Diapedese Fagocitose Quimiotaxia
Diapedese – Migração dos leucócitos dos capilares para os tecidos envolventes. Passagem através dos poros dos vasos sanguíneos;
Fagocitose:
1- Adesão – interação da membrana com o corpo estranho;2- Ingestão – Formação de vesiculas fagocíticas;3- Digestão – Fusão do fagossoma com um lisossoma que contem enzimas digestivas;4- Exocitose – Expulsão dos resíduos;
Quimiotaxia:
- Atração química entre os leucócitos e as células lesionadas;
- Os leucócitos detetam alterações na concentração dessas sustância e dirigem- e para as regiões de maior concentração.
Defesa do organismo
Defesa não especifica
Barreiras físicas
Pele:
Impede a entrada de agentes estranhos ao organismo; Glândulas sudoríparas, sebáceas e lacrimais;
Mucosas:
- Recobrem o tubo digestivo, as vias respiratórias e as vias urogenitais e constituem também uma barreira física para a entrada de agentes patogénicos;
Mais barreiras físicas:
Pelos das narinas;
Cílios voláteis; Lisozima
(lagrimas e saliva)
Ácido clorídrico (estomago)
Muco
Destroem e expulsam os microorganismos do organismo.
Reação inflamatória sistémica
-Aumento do número de leucócitos em circulação:
-Febre:
Desencadeada por toxinas produzidas pelos agentes patogénico ou por pirógenos produzidos pelos leucócitos;
A febre moderada acelera as reações do organismo:
Estimula a fagocitose e separação dos tecidos lesados; Inibe ainda a multiplicação dos microorganismos;
Interferões
-São proteínas produzidas por células atacadas por vírus, que se difundem para células vizinhas , induzindo-as a produzir proteínas antivirais;
-Estas proteínas bloqueiam a replicação do vírus limitando o seu alastramento;
Sistema complemento
-Corresponde a um conjunto de cerca de 20 proteínas, produzidas no fígado e que circulam no plasma, na sua forma ativa.
-O sistema complemento pode ser ativado por alguns agentes patogénicos ou pela ligação de um anticorpo a um antigénio.
-A ativação da 1º proteína do sistema desencadeia uma reação em cadeia em que cada proteína ativa outra numa sequencia predeterminada.
Lise celular
-Certas proteínas (perforinas) ligam-se á membrana da bactéria e provocam poros, que permitem o esvaziar da célula ou entrada de água;
Defesa específica do Sistema Imunitário
Demora alguns dias a estabelecer-se; Grande especificidade- só ativa um tipo de células; Memória imunológica- resposta rápida, eficaz e duradoura quando o antigénio
aparece outra vez no organismo; Regulação da resposta ( o processo termina gradualmente);
Antigénios
-Substancias que desencadeiam uma resposta específica;
-Unem-se a anticorpos específicos;
- Podem ser: Antigénios próprios do organismo e antigénios estranhos;
Estes últimos podem ser moléculas superficiais de bactérias, vírus ou outros microorganismos, toxinas produzidas por bactérias ou mesmo moléculas presentes no pólen, pelo de animais e células de outras pessoas;
-Um antigénio possui várias regiões capazes de serem reconhecidas pelas células do sistema imunitário. Cada uma dessas regiões é um determinado antigénico ou epítopo;
Funções importantes da resposta do sistema imunitário:
-Reconhecimento do invasor como agente estranho:
-Reação do Sistema Imunitário, preparando agentes específicos que vão intervir no processo;
-Ação: os agentes do Sistema Imunitário ou destroem as células (corpos estranhos) ou os neutralizam.
Uma importante característica do SI é a capacidade de memória;
Imunidade humoral
Expansão clonal
(Células de memória- longa duração; Anticorpos- curta duração de vida)
Estrutura dos anticorpos
Pertencem a um grupo de proteínas globulares designadas imunoglobulinas (Ig);
Têm a forma de “Y”( Quatro cadeias polipeptídicas: 2 pesadas e 2 leves);
Possuem uma região constante, semelhante em todas as imunoglobulinas e uma região variável.
Ativação do sistema complemento – o complexo anticorpo-antigénio ativa uma das proteínas do sistema complemento e desencadeia a reação em cascata que ativa todo o sistema;
Classes de imunoglobulinas
Tipos de Sangue e transfusões sanguíneas
Imunidade mediada por células ou Imunidade celular
Pode ser:
Mediada por linfócitos T- só reconhecem antigénio apresentados na superfície das células apresentadoras que podem ser macrófagos que fagocitaram agentes patogénicos, linfócitos B, células infetadas por cvirus, células cancerosas ou células de outros organismos;
Linfócitos Th- Possuem uma função essencialmente reguladora/estimuladora;
Linfócitos Tc- ( citotóxicos/citolíticos) – são capazes de reconhecer e destruir células infetadas e cancerosas;
Linfócitos Ts –(supressores) – segregam substancias que moderam ou suprimem a resposta imunitária quando a infeção já foi superada;
Linfócitos Tm ( memoria) – desencadeiam uma resposta imunitária mais rápida e rigorosa num 2º contacto com o mesmo antigénio;
Uma das principais funções da imunidade mediada por células é reconhecer e destruir células cancerosas.
- Os linfócitos T ativados pelo antigénio estranho produzem e libertam substâncias químicas que provocam a morte de células cancerosas por diferentes mecanismos, Ex: apoptose
Transplantes e excertos
- A imunidade células é também responsável pela rejeição de tecidos (excertos) ou órgãos (transplantes).
A resposta imunitária secundária é mais eficiente porque:
É mais rápida; É mais intensa; Tem maior duração
Isto tudo deve-se á memória imunitária;
-As células memoria tem a capacidade de produzir mais células efetoras (plasmócitos) e
mais células memória se forem
estimuladas pelo mesmo antigénio;
-A memória imunitária é específica em relação a um determinado antigénio.
- A memória imunitária é específica em relação a um determinado antigénio;
Imunidade Passiva/Ativa
Passiva – temporária;
Ativa- Contínua
Ambas são imunidade adquirida!
Imunidade Passiva
- É obtida pela administração de anticorpos para combater agentes patogénicos;
-Confere um imediato, mas temporário estado de imunidade;
- (Não é produzida pelo indivíduo;)
Ativa
-Estimula a produção de anticorpos;
-Ocorre através da vacinação- -A vacina desencadeia no organismo uma resposta imunitária e formam-se células memoria.
( é administrado o antigénio em quantidades mínimas para o corpo criar defesas que fiquem gravadas nas células memória do corpo para que quando vier a doença o corpo responda o mais rapidamente possível).