genetica de microrganismos aplicada a biotecnologia
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Genética de Microrganismos Aplicada
à Biotecnologia
Cientistas geram eletricidade a partir de
vírus
Cientistas geram eletricidade a partir de
vírus Vírus geneticamente modificados
convertem energia mecânica em energia elétrica
Vírus com propriedades pizoelétricas*
*acúmulo de carga elétrica em um sólido em resposta a um estímulo mecânico.
Características dos microrganismos favoráveis aos estudos em Genética;
Estrutura genética dos microrganismos:DNA cromossômico e extra-cromossômico Variabilidade genética em microrganismos Fundamentos de Biotecnologia Áreas da aplicação da Genética de
Microrganismos à Biotecnologia
Genética de Microrganismos aplicada à Biotecnologia
Genética de Microrganismos
Genética: Área recente da Biologia
Mendel, séc XIX – estudo de transmissão de características
Redescoberta dos estudos de Mendel no séc XX
Microrganismos e Genética 1941-
Microrganismos estudados em Genética
Caracterísitcas favoráveis:
Ciclo vital rápido; Cultivo em pouco
espaço; Menos complexos ; Maioria haplóide
Genética de Microrganismos
C. Básicas Biologia Celular
Biologia Molecular
MicrobiologiaContribuições
C. Aplicadas Engenharia
Genética
Biotecnologia
Estrutura Genética dos Microrganismos
Genoma Bacteriano O conjunto de todo o DNA de uma célula bacteriana
pode ser chamado de genoma. O genoma compreende elementos cromossomais e
elementos extra-cromossomais. O cromossomo bacteriano é circular e contém de 2 a 5
milhões de pares de base
plasmídeos cromossomo
Estrutura Genética dos Microrganismos
Genoma do Fungos
Eucariotos;Podem ser haplóides ou diplóides;Possuem mais de um cromossomo;
Elementos Genéticos Móveis
O genoma de uma espécie não é estático. Um dos grandes contribuintes à plasticidade genômica são os Elementos Genéticos Móveis
Importância dos Elementos Genéticos Móveis
Os elementos genéticos móveis (EGM) são seqüências de DNA que conseguem se deslocar no genoma. Importantes porque:
Promovem variação genética
Ferramentas muito úteis em biologia molecular
Modulam a expressão gênica
Tipos de EGM
São vários os tipos de EGM:
• Seqüências de Inserção (IS)
• Transposons / Retrotransposons
• Plasmídeos
• Bacteriófagos
Sequências de Inserção
A seqüência de inserção (IS) é o elemento mais simples de transposição
Tamanho relativamente pequeno (500-1500 bases)
Presença de repetições invertidas nas pontas Gene específico para a excisão e inserção do
elemento
Mecanismo de Inserção das IS
A inserção de uma IS em DNA alvo, leva à duplicação do alvo
Transposons
Em comparação às IS, os transposons apresentam maior complexidade.
Repetições invertidas Transposases Outros genes
Transposons
Duas classes: Classe I – retroelementos, que utilizam
transcriptase reversa Classe II – transpõem diretamente de
DNA para DNA
Uso em ciência básica e aplicada
Devido às suas características, os transposons são amplamente utilizados em pesquisa.
Conferir resistência a um antibiótico Ensaios de mutagênese Ensaios de inativação de genes
Plasmídeos
DNA extracromossômico que se replica na célula independente do cromossomo
~ 1 a 1000 kbp
Uso Biotecnológico Vetores de clonagem
Estratégia de clonagem
Variabilidade Genética em Microrganismos
Fontes primárias de variação: Mutação e recombinação
MUTAÇÃO: alteração na sequência de bases nitrogenadas do DNA, geralmente resultante de deleção, inserção ou substituição de um ou mais nucleotídeos
Tipos de mutantes auxotróficos resistente à inibidores
morfológicos
Variabilidade Genética em Microrganismos
RECOMBINAÇÃO: processo de variabilidade genética que envolve trasnferência de material genético entre duas células.
Bactérias Conjugação
Transformação Transdução
Fungos C. sexual C. parassexual
Fusão protoplastos
Recombinação bacteriana
Recombinação bacteriana e clonagem
Recombinação em fungos
Fusão de protoplastos
Enzimas comerciais para produção de protoplastos- células semparede celular
Fusão utiliza polietilenoglicol ou eletrofusão
Fusões interespecíficas e intergenéricas
Microrganismos e Biotecnologia
BIOTECNOLOGIA: utilização de sistemas celulares para a obtenção de produtos ou para o desenvolviemnto de processos e serviços de interesse econômico
Visa à otimização de processos* empregando seres vivo manipulados por técnicas especiais
•Máxima produção•Menor tempo e espaço•Maior economia
Áreas de aplicação
Agropecuária
A) Controle Biológico de doenças
Microrganismos entomopatogênicos
Virulência, especificidade, resistência à inibidores, fungicidas, sobrevivência Metarhizium sp.
Agropecuária
B) Fixação Biológica do nitrogênio
Adaptação da Rhizorbium a diversos tipos de solos;
Otimização da fixação
Agropecuária
C) Fungos MicorrízicosManipulação para
tornar as espécies mais eficientes e resistente à condições adversas
Agropecuária
D) EndofíticosManipulação e
reintrodução na planta com novas características
Ex: controle de pragas,Fixação de NitrogênioProdução de fármacos
Meio ambiente
Desenvolvimento e melhoramento de linhagens de bactérias degradadoras de petróleo
Pseudomonas com quatro plasmídeos diferentes para a degradação de petróleo
Biomineração
redução das reservas mundiais * exploração de minérios de baixa
qualidade * poluição causada pelos métodos
tradicionais de extração uso de microrganismos mineradores Thiobacillus thioxidans e Thiobacillus
ferroxidans Ácidos - oxidação do minério -
precipitação
Ambiente
1) Manipulação de microrganismos degradadores de xenobióticos
Inseticidas, nematicidas, antibióticos.
Microrganismos: biorremediação e monitoramento de ambientes
Alimentos
2)Bactérias Lácteas:Utilização de transposons e plasmídeos
para ampliar números de certos genes e conferir novas caractérísitcas:
Sabor e aroma de produtos lácteos modificdos; aminopeptidases, diacetil, etc
Alimentos
3) Produção de outras enzimas:
Amilases, pectinases, proteases, celulases, etc.
Fungos filamentos muito utilizados- recombinação por protoplastos
Alimentos
Otimização da produção de alimentos por microrganismos:
Pães, vinhos,cerveja, destilados, goma xantana, etc.
Energética
Crise do petróleo e fontes alternativas de energia
1) Biogás
Metanol metano; 3 etapas
Otimização de microrganismos envolvidos nas 3 etapas para diferentes detritos e produção de fertilizantes a partir dos detritos
Energética
EtanolA) Maior produção de etanolB) Tolerância ao álcoolC) Metabolização de outros compostosD) Ciclos mais curtosE) Competição com contaminantesF) Temperatura de crescimento
Saúde1) AntibióticosMelhoramento de linhagens de
Penicillium
Saúde
2) Detecção de produtos mutagênicos
Microrganismos são manipulados e utilizados como modelos para estudos de agentes mutagênicos
Saúde
3) Dosagens microbiológicas
Microrganismos auxotróficos – mutagênese induzida. Dosagem de aminoácidos ou vitaminas em sangue e outros fluidos
Saúde
4) Hormônios
Hormônio do crescimento humano;
insulina;Timosina (reações
imunológicas)Interferon humano;endorfina
Saúde
5) Vacinas
Microrganismos inativados
Capsídeos virais
Vacians de DNA
Saúde Outros produtosEnzimas para coagulação, colágeno, queratina,
aminoácidos, vitaminas, globinas
Considerações
Muitos microrganismos ainda não descobertos
Muitos novos produtos e processos de interesse biotecnológico podem ser desenvolvidos
Cuidados na liberação e introdução de microrganismos manipulados
O que foi aprendido?
Características dos microrganismos favoráveis aos estudos em Genética;
Estrutura genética dos microrganismos:DNA cromossômico e extra-cromossômico Variabilidade genética em microrganismos Fundamentos de Biotecnologia Áreas da aplicação da Genética de
Microrganismos à Biotecnologia
Texto para ler e discutir
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