Biotecnologia no diagnóstico e na terapêutica de doenças

A Biotecnologia é uma área do conhecimento que, de uma forma genérica, pode ser considerada como resultante da reunião entre a engenharia e as ciências da vida, de forma a manipular os seres vivos ou os seus componentes, no sentido de obter produtos úteis.

Nos últimos anos, a Biotecnologia tornou-se numa das mais promissoras áreas científico-tecnológicas, capaz de ter aplicações no melhoramento de problemas das mais diversas áreas como a do ambiente, a da saúde e a da produção de alimentos.

• ANTICORPOS POLICLONAIS

São produzidos como resultado da estimulação de vários clones de linfócitos B, em resposta a um determinado antigénio.  Apresentam especificidade para cada um dos diferentes determinantes antigénicos. A contaminação do organismo por um agente patogénico conduz, naturalmente, à produção de anticorpos policlonais. Os anticorpos extraídos do soro de animais inoculados com antigénios são policlonais. Dada a diversidade molecular do seu conteúdo, este soro, tradicionalmente utilizado em processos de imunização passiva, envolve riscos de rejeição e ataque imunitário por parte do receptor.

• ANTICORPOS MONOCLONAIS

São obtidos laboratorialmente e em grandes quantidades a partir da estimulação de um único clone de linfócitos B. São todos iguais e específicos para um só determinante antigénico.

Utilizados em:

-Testes diagnóstico - teste de gravidez

-Testes serológicos

-Cura em certos tipos de cancro – cancro da mama

-Controlo de algumas doenças auto-imunes

• BIOCONVERSÃO 

A bioconversão consiste na utilização de células (microrganismos) ou das suas enzimas, para a transformação de um substrato num produto estruturalmente relacionado.

Vantagem:

A utilização de microrganismos veio tornar este processo de síntese mais rápido, mais barato e mais rentável.

Utiliza-se em:

-Antibióticos

-Vitaminas

-Insulina

-Factores de coagulação

-Interferão

Desequilíbrios e doenças II

DOENÇAS AUTO-IMUNES VS IMUNODEFICIÊNCIAS

As doenças auto-imunes ocorrem quando o sistema imunitário se torna hipersensível a antigénios específicos das células ou dos tecidos do próprio organismo. 

Exemplos: 

Lúpus

Artrite reumatóide

As imunodeficiências podem ser inatas ou adquiridas. A maioria das imunodeficiências inatas afectam tanto a resposta humoral como a resposta mediada por células e resultam de deficiências genéticas que se manifesta durante o desenvolvimento embrionário. Estas anomalias traduzem-se por malformações do timo, resultando numa produção deficiente ou na total ausência de linfócitos.
Exemplos:

A mais grave imunodeficiência- SCID

• A ausência de linf. B e T tornam estes indivíduos extremamente vulneráveis a qualquer agente patogénico. A sua sobrevivência só é possível em condições especiais de esterilidade do meio em que vivem.

Imunodeficiência adquirida- SIDA

Desequilíbrios e doenças I

ALERGIAS
No primeiro contacto com o alergénio não produz geralmente, sinais ou sintomas. Se ocorrer uma nova exposição ao alergénio, este entra em contacto com os mastócitos e basófilos sensibilizados, que libertam histamina e outras substâncias inflamatórias, que por sua vez, desencadeiam uma reacção alérgica. Estas substâncias desencadeiam uma rápida e violenta reacção inflamatória - quimiotaxia, vasodilatação, aumento da permeabilidade dos capilares, edema e dor.

• Hipersensibilidade

Imunização

- Activa: O indivíduo é estimulado a produzir os seus próprios anticorpos

- Passiva: Aquisição de anticorpos provenientes de outros organismos

VACINAS

Consistem na introdução de antigénios com o objectivo de estimular os linfócitos B e adquirir memória imunitária.

http://www.portaldasaude.pt/portal/conteudos/informacoes+uteis/vacinacao/vacinas.htm

SOROS

Contém plasma sanguíneo com anticorpos de indivíduos que já tiveram a doença.

http://www.infobibos.com/Artigos/2008_2/SorosVacinas/index.htm

Memória Imunitária

Quando os linf. B ou T são expostos a um antigénio, ocorre a sua activação, que se traduz por uma intensa divisão, originado-se células efectoras e células-memória. Esta resposta é designada resposta imunitária primária e ocorre nos primeiros dias após a exposição ao antigénio.

Uma vez desencadeada a resposta imunitária e debelada a doença, os anticorpos e os linf. T efectores acabam por desaparecer do organismo. Contudo, permanecem as células-memória.

Se mais tarde, o indivíduo voltar a ser exposto ao mesmo antigénio, verifica-se uma resposta imunitária secundária, mais rápida, mais intensa e mais prolongada.

Imunidade adquirida ou mecanismos de defesa específicos

Estes mecanismos são desencadeados alguns dias após o início da invasão de agentes patogénicos. Esta linha de defesa assenta, sobretudo, nas acções dos linfócitos que são dirigidas de forma específica contra um determinado tipo de agente agressor.

Nos vertebrados existem dois tipos principais de linfócitos: os linfócitos B e os linfócitos T.

• Os linfócitos que migram da medula óssea para o timo dão origem aos linfócitos T, os que permanecem na medula óssea e aí continuam o seu processo de maturação dão origem aos linfócitos B.
• Os linfócitos T são responsáveis por um conjunto de fenómenos designado imunidade celular ou mediada por células. Os linfócitos B são responsáveis por um conjunto de processos designado imunidade humoral ou mediada por anticorpos.

O que é um antigénio?

Uma molécula que seja capaz de desencadear uma resposta específica de um linfócito designa-se antigénio. Os antigénios podem ser moléculas pertencentes a vírus, bactérias, protozoários ou mesmo a parasitas de maiores dimensões.

Durante o processo de maturação, os linfócitos adquirem moléculas específicas- receptores de antigénios, que permitirão fazer o seu reconhecimento. Desta forma, os linfócitos passam a ser capazes de participar na resposta imunitária, sendo, por isso, designados imunocompetentes.

Durante este processo, os linfócitos têm, também, de adquirir a capacidade de distinguir o que é do nosso organismo do que é estranho ao nosso organismo.

Imunidade humoral

=> A célula não intervém no ataque.

• Um antigénio livre é uma proteína do agente invasor.

Anticorpos

-Os anticorpos são cadeias polipeptídicas designados,  imunoglobinas.

-Estes possuem uma região cuja sequência de aminoácidos é muito semelhante em todos eles, mesmo em anticorpos de espécies diferentes. Esta região, designada região constante, participa na interacção com outros elementos do sistema imunitário e determina a classe a que pertence a imunoglobulina. Na porção terminal as cadeias leves e pesadas, existe uma região cuja sequência de aminoácidos é distinta e própria de cada tipo de anticorpo, que se designa região variável.

-Têm a forma de "Y".

Os anticorpos ligam-se aos antigénios dos agentes infecciosos provocando:
- Neutralização directa de bactérias e vírus: impedem a mobilidade, multiplicação e capacidade de infecção;

- Aglutinação: juntam os agentes infecciosos em grandes aglomerados;

- Precipitação de antigénios solúveis: apenas para substâncias solúveis;

- Activação do sistema de complemento;

- Estimulação da fagocitose.

Imunidade mediada por células

- É realizada com base na acção dos linfócitos T, que têm também capacidade de reconhecimento de antigénios.

De forma genérica, pode considerar-se que a resposta mediada por células tem início com a apresentação do antigénio aos linfócitos T. Esta apresentação pode ser realizada pelos macrófagos, por linfócitos B ou por células infectadas por vírus.

Uma vez activados os linfócitos T dividem-se e diferenciam-se em diferentes tipo de células T, incluindo células memória.

- A fagocitose activa os LINFÓCITOS T, que se diferenciam em linfócitos Tc, linfócitos Tm e linfócitos Th.

• Tc: T citolíticos ou Tcitotóxicos- ligam-se à célula para a destruir ( produção de enzimas hidrolíticas -> destruição de células tumorais ou vírus).
• Tm: memória imunitária
• Th: T auxiliares – estimulam a resposta imunitária -> activa os macrófagos, estimula os linf. B.

A imunidade celular também é, responsável pela rejeição que ocorre quando se efectuam implantes de tecidos. A rejeição ocorre porque o tecido ou órgão transplantado possui, na superfície das células, antigénios diferentes dos do indivíduo receptor.

Imunidade Inata ou Mecanismos de defesa não específicos

Barreiras físicas e secreções
-Pele

-Saliva

-Lágrimas

-Secreções gástricas e o ácido clorídrico presentes no estômago

-Muco

-Pêlos existentes nas narinas

Fagocitose

A fagocitose consiste na ingestão de partículas, e é realizada por alguns tipos de leucócitos. Esta ocorre, geralmente, no contexto de uma resposta inflamatória, limitando ou mesmo parando a invasão microbiana.

É realizada por macrófagos e neutrófilos que são os leucócitos mais comuns, sendo os segundos a realizar primeiro a fagocitose de forma não específica. 

Resposta inflamatória

Quando as infecções são mais graves, envolvendo maiores áreas do organismo produz-se uma resposta sistémica - um dos sinais é a febre. As células afectadas libertam mais substâncias que estimulam a produção de um maior número de leucócitos.

Como ocorre?

As toxinas e as substâncias pirogénicas estimulam o hipotálamo. Este faz com que a temperatura corporal aumente, facilitando assim a fagocitose, inibindo a multiplicação de micróbios e acelerando ainda a cicatrização. 

Interferão

O interferão faz parte de um conjunto de proteínas que estão envolvidas na resposta imunitária não específica.

É produzido por alguns tipos de células quando estas são infectadas por vírus. Em resposta à entrada do vírus, estas células libertam interferão, que por si só não tem uma acção directa sobre os vírus, mas difunde-se para as células vizinhas, induzindo-as a produzir proteínas antivirais que bloqueiam a replicação do vírus. Desta forma, o interferão limita o alastramento dos vírus de célula para célula.

Sistema Complemento

Actua na sequência de uma resposta imunitária. Produzindo acções não específicas, tais como:

-Provocam a lise de bactérias

-Recobrem os agentes patogénicos

-Atraem leucócitos aos locais da infecção (quimiotaxia)

-Ligam-se a receptores específicos das células do sistema imunitário

Sistema Imunitário

O sistema imunitário é responsável pela vigilância e defesa do organismo.

Os agentes biológicos capazes de causar doenças denominam-se organismos patogénicos e podem ser bactérias, vírus, fungos, protozoários ou mesmo animais parasitas. Os organismos patogénicos podem entrar no corpo dos animais através do ar, da água, dos alimentos e através de lesões da pele ou das mucosas.

Cada indivíduo é único do ponto de vista bioquímico. Por este motivo o sistema imunitário é capaz de reconhecer aquilo que pertence ao organismo e o que lhe é estranho. Na superfície de cada célula existem glicoproteínas que são diferentes das moléculas presentes nas células de outras espécies e mesmo de outros membros da mesma espécie.

As glicoproteínas da superfície membranar que permitem identificar uma célula como pertencente ou não a um determinado organismo tomam a designação de marcadores. Estes marcadores são codificados por um conjunto de genes ligados que se encontram no cromossoma 6 e constituem complexo de maior histocompatibilidade.

O sistema imunitário faz mais do que distinguir o que é “próprio” do que é “estranho” ao organismo. A resposta pode ser desencadeada por sinais de perigo como por exemplo, quando ocorrem lesões que conduzem à destruição de tecidos e/ou células. Esta destruição liberta proteínas resultantes da desagregação das membranas celulares, que vão conduzir a uma resposta do sistema imunitário. 

Assim, quando o sistema imunitário detecta marcadores diferentes dos que são próprios do organismo, ou quando detecta sinais de perigo, desencadeia uma resposta imunitária.

O que é uma resposta imunitária?

Uma resposta imunitária é um conjunto de processos que permite ao organismo reconhecer a presença de substâncias estranhas ou anormais, de forma a que sejam neutralizadas e eliminadas.

No ser humano, pode considerar-se a existência de 2 tipos de resposta imunitária ou mecanismos de defesa:

- Mecanismos de defesa não específica ou imunidade inata;

- Mecanismos de defesa específica ou imunidade adquirida.

Órgãos do sistema imunitário:

-órgãos envolvidos na captura e destruição de agentes agressores externos: adenóides, amígdalas, gânglios linfáticos, baço, apêndice e tecido linfático associado a mucosas.

-órgãos ou estruturas onde são produzidos e maturados os leucócitos: timo e medula óssea.

Os leucócitos são células efectoras do sistema imunitário.

Organismos Geneticamente Modificados

A sigla OGM significa Organismo Geneticamente Modificado ou, simplesmente transgénico. Especificamente, trata-se de um ser vivo cuja estrutura genética (a parte da célula onde está armazenado o código da vida), foi alterada pela inserção de genes de outro organismo, de modo a atribuir ao receptor características não programadas pela natureza.

Vantagens

-Aumento da resistência dos produtos, diminuindo assim, a necessidade do uso de herbicidas;

-Produção de anticorpos em plantas transgénicas;

-Introdução de novas características não existentes no organismo;

-Enriquecimento de alimentos com componentes nutricionais essenciais, como por exemplo, o arroz geneticamente modificado que produz vitaminam A. A falta desta vitamina é um problema grave nos países em vias de desenvolvimento, que têm uma dieta extremamente limitada, levando à morte e à cegueira.

-Aumento da produção de alimentos com redução nos custos de produção. As técnicas de manipulação genética ajudam os agricultores a reduzir os prejuízos, pois podem obter plantas resistentes a insectos, pragas, a herbicidas, a metais tóxicos do solo, a fungos, ao amadurecimento adiantado, entre outros. Por exemplo, frutos que são macios podem ser endurecidos de modo a evitar que sejam danificados durante o seu transporte, como é o caso do tomate, que é muito macio;

- A utilização de culturas geneticamente modificadas poderá também ser desenvolvida no sentido de permitir o seu crescimento em ambientes opostos, não afectando assim o Ambiente, podendo-se assim criar novas zonas de cultivo evitando o desgaste dos solos.

Desvantagens

-Impactos sobre a biodiversidade. A agricultura e o ambiente serão alterados irreversivelmente. As culturas geneticamente modificadas podem ter uma vantagem competitiva em relação às plantas e animais que existem nas zonas em que são plantadas;

-O lugar em que o gene é inserido não pode ser controlado completamente, o que pode causar resultados inesperados uma vez que os genes de outras partes do organismo podem ser afectados;

-Aumento de alergias;

-Não se sabe se os alimentos transgénicos não afectam a saúde humana. A técnica utilizada é muito recente para poder garantir que não surjam problemas no futuro visto que mesmo pequenas alterações podem produzir grandes impactos ao longo de gerações;

-Efeitos colaterais que não podem ser previamente anunciados.

Fundamentos de Engenharia Genética

A engenharia genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos.  

São várias as aplicações da Engenharia Genética e as técnicas utilizadas.

O objectivo da engenharia genética consiste em isolar e transferir genes, responsáveis pela produção de certas substâncias (por exemplo, as proteínas), para outros seres vivos que não produziam estas substâncias, de modo a serem funcionais nestes seres.

Técnicas:

-DNA Recombinante

-DNA Complementar

-PCR

-Bibliotecas de genes ou genómicas

DNA Recombinante

1- Aplicam-se as enzimas de restrição no DNA do vector (vectores: Plasmídeo; Bacteriófagos, ou Fagos) e no DNA de origem (que contém o gene de interesse)

2- Coloca-se o vector e o gene em contacto, usam-se ligases do DNA para promover a ligação

3- Promover a incorporação do  vector por parte das bactérias (crescimento num meio de cultura seleccionado)

4- Seleccionar as bactérias que incorporaram o vector - crescimento em meio de cultura com pressão selectiva, ex: antibióticos

5- Purificação - separação do composto de interesse de outros produzidos pelo metabolismo normal do hospedeiro.

DNA Complementar

Utiliza-se em conjunto com a técnica do DNA Recombinante.  Permite obter DNA maduro, já sem intrões. Para a técnica de DNA complementar são necessários:

-Molécula de mRNA;

-Transcriptase reversa  (enzima que catalisa a formação da cadeia complementar do DNA- transcriptase porque é um processo de transcrição, reversa porque é inverso ao processo de transcrição da molécula de DNA em mRNA);

-DNA polimerase- que catalisa a formação da cadeia complementar de DNA;

-Nucleótidos livres.

PCR- Reacção de Polimerização em Cadeia

O PCR é um método que permite, de forma rápida, amplificar uma determinada porção de DNA.

Bibliotecas de Genes ou Genómicas

O processo de multiplicação dos organismos que contêm rDNA permite não só a produção da substância codificada pelo gene inserido, como também a clonagem desse gene. Os investigadores conservam, assim, cópias desses genes, constituindo bibliotecas de genes, ou bibliotecas genómicas. Esses genes armazenados ficam assim disponíveis para posteriores utilizações.

Video de sensibilização sobre o Cancro

Cancro

O que é o cancro?

A palavra cancro é utilizada genericamente para identificar um vasto conjunto de doenças que são os tumores malignos.

Os tumores malignos são muito diversos, havendo causas, formas de evolução e tratamentos diferentes para cada tipo. 

Há, porém, uma característica comum a todos eles: a divisão e o crescimento descontrolado das células.
Como surge o cancro?

O cancro surge quando as células normais se transformam em células cancerosas ou malignas. Isto é, adquirem a capacidade de se multiplicarem e invadirem os tecidos e outros órgãos. Mas atenção, nem todos os tumores são cancros.

Existem dois tipos de tumores: os benignos e os malignos.

Os tumores malignos, ao contrário dos tumores benignos, possuem duas características potenciais, que podem ou não estar expressas na altura em que a doença é diagnosticada:

• Podem-se espalhar por metástases, isto é, aparecer tecido tumoral noutros órgãos diferentes daquele de onde se origina (por exemplo: fígado, pulmão, osso, etc);
• Podem infiltrar outros tecidos circunvizinhos, incluindo órgãos que estão próximos.

Os tumores malignos são aqueles a que normalmente chamamos cancro. 


[ Para mais informações consultar o site http://www.ligacontracancro.pt/ ]

Exemplos de mutações- Complementar

Mutações Cromossómicas

X frágil

Trissomia 21

Mutações Génicas

Albinismo

Anemia falciforme

Mutações

O que é?

Mutação – qualquer modificação ou alteração brusca de genes ou de cromossomas, podendo provocar uma variação hereditária ou uma mudança no fenótipo. A mutação pode produzir uma característica favorável num dado ambiente e desfavorável noutro.

Classificação das mutações

• Génicas – alteram a sequência de nucleótidos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases. Podem conduzir à modificação da molécula de RNAm que é transcrita a partir do DNA e, consequentemente, à alteração da proteína produzida, o que tem, geralmente, efeitos no fenótipo.
  
  
• Cromossómicas – traduzem-se numa alteração da estrutura (mutação cromossómica estrutural) ou do número (mutação cromossómica numérica) de cromossomas. Podem afectar uma determinada região de um cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo.

Material genético extra-nuclear

Nos seres vivos eucariontes, é possível encontrar material genético extra-nuclear ( nas mitocôndrias e nos cloroplastos ).

• Este é transmitido apenas por VIA MATERNA. 

O espermatozóide contribui apenas com o seu núcleo enquanto que o óvulo fornece o citoplasma do zigoto.

• Quando uma mulher doente transmite essa característica a toda a descendência, independentemente de ser raoaz ou rapariga.

Regulação do material genético nos procariontes

Lactose

Operão Lac (do tipo indutível, ou seja, funciona como indutor da síntese proteica pois a sua presença permite a libertação do repressor e a actividade da RNA polimerase).

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Controla

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As enzimas que degradam lactose

Na ausência de lactose:

Na presença de lactose:

Triptofano

Operão Trp (do tipo repressível, ou seja, funciona como repressor da síntese proteica pois a sua presença permite a sua ligação ao operador impedindo a actividade da RNA polimerase).

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Codifica

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As enzimas que sintetizam triptofano

Na ausência de triptofano:

Na presença de triptofano: