Genetica de Microrganismos Aplicada a Biotecnologia

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