Ensino da biotecnologia à partir do melhoramento genético Por: Clara Amaral

ONU classifica Biotecnologia como “qualquer aplicação tecnológica que utilize sistemas biológicos, organismos vivos, ou seus derivados, para fabricar ou modificar produtos ou processos para utilização específica” (ONU, Convenção de Biodiversidade 1992, Art. 2).

Por sua interdisciplinaridade, atua em diversos segmentos e aflige grande impacto na área industrial, por exemplo, na indústria farmacêutica no desenvolvimento de novas drogas, vacinas e terapia gênica, na indústria química, através dos insumos químicos, enzimas e proteínas recombinantes e na agricultura, desenvolvimento de novas variedades de cultivos/organismos transgênicos.

A transgenia é uma vertente da biotecnologia É um processo de alteração do material genético de uma espécie, geralmente com um interesse econômico, por meio da introdução de uma ou mais sequências gênicas de outra espécie.

Há muita polêmica em torno das consequências da manipulação de organismos e a atividade propõe-se a explicar, através de uma prática lúdica e desafiadora como ocorre o melhoramento genético em organismos por transgenia, visando a compreensão do que é um organismo transgênico.

Tem como objetivo abordar o que é transgenia através de uma atividade lúdica que busca resolução de situações hipotéticas que envolvam organismos geneticamente modificados (OGMs) presentes no nosso dia-a-dia.

Para que a atividade seja bem sucedida e não cause frustrações aos participantes é necessário que os alunos entendam o que é e como atuam os genes.

O público alvo são alunos de ensino médio que estão vendo o tema como conteúdo.

A atividade realizada tem duração de 50 minutos.

Materiais Necessários

  • 8 cores de EVA 8 folhas A4
  • Velcro 2 metros
  • Tesoura 1
  • Régua 1
  • Super-cola 2

Fase 1 - Introdução do tema

Pequena introdução sobre o assunto, com um enfoque das vantagens e desvantagens da manipulação genética e OGMs dando exemplos que algo próximo a realidade dos alunos, como a produção da insulina.

Fase 2 - Divisão de grupos

Divisão dos alunos em grupos de trabalho (aproximadamente 6 a 8 integrantes) e distribuição dos kits de trabalho. Cada kit será composto por roteiro de trabalho com situação problema, sequência de DNA original do organismo a ser trabalhado (com genes removíveis), genes de interesse contido em organismos (que serão adicionados ao DNA original), legenda das funções dos genes de interesse e um infográfico para facilitar o entendimento.

Fase 3 - Execução da atividade

Os alunos assumirão o papel de geneticistas, e através de situações problemas, deverão realizar o melhoramento genético do organismo por transgenia em questão, reorganizando o material genético (seja pela inserção ou retirada de genes) e explicando o por quê de tal ação.

Fase 4 - Situações problema da atividade

Situação 1

Introdução

Organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles cujo genoma foi alterado por meio de técnicas de engenharia genética (técnicas que permitem manipular diretamente o genoma dos organismos). É possível inserir um gene no genoma de um indivíduo. Para isso, é preciso primeiro isolar um fragmento de DNA contendo os genes de interesse econômico/médico. Em seguida, esse DNA é introduzido na célula-alvo de outro indivíduo. Proteínas especiais unem os segmentos formando o DNA recombinante (fragmento isolado + genoma da célula alvo). O objetivo desse procedimento é que o gene inserido se expresse no organismo modificado, sintetizando uma proteína que ele não produzia anteriormente e também que seja copiado normalmente para as células-filhas durante a mitose. Os organismos transgênicos são um tipo específico de OGMs cujo fragmento de DNA inserido provém de OUTRA espécie.

Problema

Em Porto Nacional, a 60 km de Palmas, ataques da lagarta do cartucho na lavoura do milho começaram a causar prejuízos. O inseto se aloja no cartucho da planta, se alimenta das folhas centrais, fazem furos e causam estragos. O ataque da praga pode reduzir a produção do milho em mais de 30%, segundo especialistas. A lagarta ataca o milharal nos primeiros dias depois da germinação. "A lagarta chega e de um dia para a noite o estrago é enorme", lamentou o produtor João Costa Amorim. A plantação localizada na zona rural de Porto Nacional está infestada pela lagarta. O produtor já aplicou várias vezes inseticida no milharal. Mas a aplicação aumenta o custo de produção.

Resolução

Imagine agora que vocês fazem parte de uma equipe de um laboratório de genética, e que estão sendo contratados por uma empresa para solucionar o problema de produtores como João Costa. Para isso vocês deverão recorrer à transgenia, devendo seguir os seguintes passos:

  1. Observem o genoma do milho e vejam que este possui genes que podem ser removidos, e regiões onde poderão ser inseridos outros genes;
  1. Observem também que vocês possuem diferentes organismos, cada qual com um gene removível apresentando uma função diferente;
  1. Agora vocês devem decidir se removerão algum gene do milho ou se irão inserir o gene de um dos organismos no genoma do milho.

Em seguida respondam às seguintes perguntas:

  1. Qual foi a modificação feita?
  2. Como vocês acreditam que essa modificação poderá ajudar o produtor?
  3. Vocês produziram um organismo transgênico? Por quê?

Observação: no genoma do milho haverá apenas genes que são essenciais ao seu funcionamento. Com relação aos organismos, os alunos terão como opção:

  • Bactéria (Streptomyces hygroscopicus), com gene de resistência a herbicida, que permite a eliminação de pragas sem afetar o plantio.
  • Vírus WMV (watermelon mosaic virus), com gene de resistência a inseticida.
  • Bactéria do solo ( Bacillus thuringiensis), com gene que confere resistência a insetos.
  • Planta Narcisso, com gene que torna a parede celular mais grossa.

Situação 2

Introdução

Organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles cujo genoma foi alterado por meio de técnicas de engenharia genética (técnicas que permitem manipular diretamente o genoma dos organismos). É possível inserir um gene no genoma de um indivíduo. Para isso, é preciso primeiro isolar um fragmento de DNA contendo os genes de interesse econômico/médico. Em seguida, esse DNA é introduzido na célula-alvo de outro indivíduo. Proteínas especiais unem os segmentos formando o DNA recombinante (fragmento isolado + genoma da célula alvo). O objetivo desse procedimento é que o gene inserido se expresse no organismo modificado, sintetizando uma proteína que ele não produzia anteriormente e também que seja copiado normalmente para as células-filhas durante a mitose. Os organismos transgênicos são um tipo específico de OGMs cujo fragmento de DNA inserido provém de OUTRA espécie.

Problema

Os prejuízos nas lavouras de algodão em Mato Grosso com o bicudo do algodoeiro chegam a cerca de US$ 270 milhões ao ano com perdas e gastos com o controle da praga. No Brasil o volume é de aproximadamente US$ 360 milhões. Mato Grosso é responsável por cerca de 65% da produção nacional de pluma de algodão. Controle da praga deve ser realizado o ano todo. Presente nas lavouras de algodão há mais de 20 anos o bicudo do algodoeiro (Anthonomus grandis) é a mais nova ameaça da cotonicultura em Mato Grosso. De acordo com a Associação Mato-grossense dos Produtores de algodão (Ampa) e o Instituto Mato-grossense do Algodão (IMAmt), o besouro está presente hoje em todas as regiões produtoras do Estado. O bicudo-do-algodoeiro possui mandíbulas afiadas utilizadas para perfurar o botão floral e a maçã dos algodoeiros.

Resolução

Vamos supor agora que vocês, geneticistas dessa mesma época, foram solicitados para resolver o seguinte problema: Como reduzir o número de aplicações de inseticida entre o plantio e a colheita? Para solucionar esse obstáculo vocês deverão recorrer à engenharia genética, devendo seguir os seguintes passos:

1. Observem o genoma do algodão e vejam que este possui genes que podem ser removidos, e regiões onde poderão ser inseridos outros genes;

2. Observem também que vocês possuem diferentes organismos, cada qual com um gene removível apresentando uma função diferente;

3. Agora vocês devem decidir se removerão algum gene do algodão ou se irão inserir o gene de um dos organismos no genoma do algodão.

Em seguida respondam às seguintes perguntas:

1. Qual foi a modificação que vocês fizeram?

2. Como vocês acreditam que essa modificação poderá ajudar os produtores de algodão?

3. Vocês produziram um organismo transgênico? Por quê?

Observação: no genoma do algodão haverá apenas genes que são essenciais ao seu funcionamento. Com relação aos organismos, os alunos terão como opção:

  • Bactéria do solo (Agrobacterium), com gene de resistência a herbicida, que permite a eliminação de pragas sem afetar o plantio.
  • Bactéria (Bacillus thurinfiensis), com gene responsável pela produção de toxina letal para lagartas.
  • Vírus WMV (watermelon mosaic virus), com gene de resistência a inseticida
  • Bactéria de solo (Bacillus thuringiensis), com gene responsável pela produção de a toxina letal a besouro.

Situação 3

Introdução

Organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles cujo genoma foi alterado por meio de técnicas de engenharia genética (técnicas que permitem manipular diretamente o genoma dos organismos). É possível inserir um gene no genoma de um indivíduo. Para isso, é preciso primeiro isolar um fragmento de DNA contendo os genes de interesse econômico/médico. Em seguida, esse DNA é introduzido na célula-alvo de outro indivíduo. Proteínas especiais unem os segmentos formando o DNA recombinante (fragmento isolado + genoma da célula alvo). O objetivo desse procedimento é que o gene inserido se expresse no organismo modificado, sintetizando uma proteína que ele não produzia anteriormente e também que seja copiado normalmente para as células-filhas durante a mitose. Os organismos transgênicos são um tipo específico de OGMs cujo fragmento de DNA inserido provém de OUTRA espécie.

Problema

Com a disparada do preço do salmão, restaurantes japoneses estão buscando saídas para não encarecer o cardápio. A solução tem sido trocar fornecedores, substituir o peixe por opções mais baratas e até diminuir o tamanho dos pratos, para evitar a fuga de clientes que passaram a comer menos fora de casa. “Tivemos que diminuir a quantidade servida no tamanho do temaki. Se aumentarmos o preço, perdemos o cliente”, reconhece o gerente do estabelecimento, Valdine Pereira dos Santos. Acredita-se que um dos problemas que impede o aumento da quantidade de salmão produzido por ano, é o tempo necessário para o crescimento do peixe que leva cerca de 30 meses.

Solução

Imagine agora que vocês fazem parte de uma equipe de um laboratório de genética, e que estão sendo contratados por uma empresa para solucionar o problema do preço dos salmões, devido a limitação no seu crescimento. Para solucionar esse problema vocês deverão recorrer à engenharia genética, devendo seguir os seguintes passos:

1.Observem o genoma do salmão e vejam que este possui genes que podem ser removidos, e regiões onde poderão ser inseridos outros genes;

2.Observem também que vocês possuem diferentes organismos, cada qual com um gene removível apresentando uma função diferente;

3.Agora vocês devem decidir se removerão algum gene do salmão ou se irão inserir o gene de um dos organismos no genoma do salmão.

Em seguida respondam às seguintes perguntas:

  1. Qual foi a modificação feita?
  2. Como vocês acreditam que essa modificação poderá ajudar a solucionar o problema?
  3. Vocês produziram um organismo transgênico? Por quê?

Observação: no genoma do salmão haverá apenas genes que são essenciais ao seu funcionamento. Com relação aos organismos, os alunos terão como opção:

  • Planta Narcisso, com gene capaz de produzir vitamina A.
  • Salmão Chinook, com gene responsável pela produção do hormônio do crescimento.
  • Enguia (Zoarces americanos), com gene responsável pelo amadurecimento.
  • Tucunaré (Cichla spp),com gene responsável por tornar a carne mais macia.

Situação 4

Introdução

Organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles cujo genoma foi alterado por meio de técnicas de engenharia genética (técnicas que permitem manipular diretamente o genoma dos organismos). É possível inserir um gene no genoma de um indivíduo. Para isso, é preciso primeiro isolar um fragmento de DNA contendo os genes de interesse econômico/médico. Em seguida, esse DNA é introduzido na célula-alvo de outro indivíduo. Proteínas especiais unem os segmentos formando o DNA recombinante (fragmento isolado + genoma da célula alvo). O objetivo desse procedimento é que o gene inserido se expresse no organismo modificado, sintetizando uma proteína que ele não produzia anteriormente e também que seja copiado normalmente para as células-filhas durante a mitose. Os organismos transgênicos são um tipo específico de OGMs cujo fragmento de DNA inserido provém de OUTRA espécie.

Problema

O pior inimigo da cultura do mamão em todo o mundo é o vírus da mancha anelar. Além de reduzir o tamanho das folhas, esse vírus diminui também a capacidade de fotossíntese das plantas, levando à redução do seu crescimento e, consequentemente, a perdas de até 100% na produção. Segundo a Empresa Brasileira para Pesquisa Agropecuária (Embrapa), no Brasil, esse vírus vem comprometendo seriamente a produção de mamão, especialmente das variedades mais consumidas em nível mundial, papaya e formosa, já que atinge as duas principais regiões produtoras do país, que são: o sul da Bahia e o norte do Espírito Santo, responsáveis por 80% da produção nacional. Por isso, a Embrapa vem investindo no desenvolvimento de plantas transgênicas de mamão resistentes a esse vírus.

Resolução

Imagine agora que vocês fazem parte de uma equipe do laboratório de genética da Embrapa, e que ficaram responsáveis pelo desenvolvimento de mamões resistentes ao vírus da mancha anelar. Para isso vocês deverão recorrer à transgenia, devendo seguir os seguintes passos:

  1. Observem o genoma do mamão e vejam que este possui genes que podem ser removidos, e regiões onde poderão ser inseridos outros genes;

2. Observem também que vocês possuem diferentes organismos, cada qual com um gene removível apresentando uma função diferente;

3 Agora vocês devem decidir se removerão algum gene do mamão ou se irão inserir o gene de um dos organismos no genoma do mamão.

Em seguida respondam às seguintes perguntas:

  1. Qual foi a modificação feita?
  2. Como vocês acreditam que essa modificação poderá ajudar no desenvolvimento de mamões resistentes ?
  3. Vocês produziram um organismo transgênico? Por quê?

Observação: no genoma do mamão haverá apenas genes que são essenciais ao seu funcionamento. Com relação aos organismos, os alunos terão como opção:

  • Vírus da mancha anelar, com gene da capa protéica para tornar a planta imune ao próprio vírus
  • Vírus WMV (watermelon mosaic virus), com gene da capa proteica do vírus, para tornar a planta resistente ao vírus WMV
  • Bactéria do solo ( Bacillus thuringiensis), com gene que confere resistência a herbicida
  • Planta Narcisso, com gene capaz de produzir vitamina A.

Situação 5

Introdução

Organismos geneticamente modificados (OGMs) são aqueles cujo genoma foi alterado por meio de técnicas de engenharia genética (técnicas que permitem manipular diretamente o genoma dos organismos). É possível inserir um gene no genoma de um indivíduo. Para isso, é preciso primeiro isolar um fragmento de DNA contendo os genes de interesse econômico/médico. Em seguida, esse DNA é introduzido na célula-alvo de outro indivíduo. Proteínas especiais unem os segmentos formando o DNA recombinante (fragmento isolado + genoma da célula alvo). O objetivo desse procedimento é que o gene inserido se expresse no organismo modificado, sintetizando uma proteína que ele não produzia anteriormente e também que seja copiado normalmente para as células-filhas durante a mitose. Os organismos transgênicos são um tipo específico de OGMs cujo fragmento de DNA inserido provém de OUTRA espécie.

Problema

O Brasil é líder mundial na produção de cana-de-açúcar, com 8,9 milhões de hectares plantados e uma safra estimada de 647 milhões de toneladas este ano. Esse número só não é maior por causa da broca-da-cana, a fase larval da mariposa Diatraea saccharalis, a principal praga dos canaviais. As perdas provocadas no país pelo inseto geram um prejuízo anual de quase R$ 5 bilhões, incluindo o gasto com medidas de controle, e comprometem uma área de 521 mil hectares. O ciclo da broca se inicia quando a mariposa põe seus ovos nas folhas da cana. Ao eclodirem, as larvas passam a comer a polpa do colmo (caule). Os furos feitos por elas fragilizam a planta, que fica sujeita a ser derrubada pelo vento. Além disso, permitem o ataque de fungos, como Colletotrichum falcatum e Fusarium moniliforme, causadores da podridão vermelha, doença que reduz a pureza do caldo e a qualidade do açúcar e do álcool produzidos.

Solução

Imagine agora que vocês fazem parte de uma equipe de um laboratório de genética, e que estão sendo contratados por uma empresa para solucionar o problema de produtores da cana-de-açúcar. Para isso vocês deverão recorrer à transgenia, devendo seguir os seguintes passos:

  1. Observem o genoma da cana-de-açúcar e vejam que este possui genes que podem ser removidos, e regiões onde poderão ser inseridos outros genes;

2. Observem também que vocês possuem diferentes organismos, cada qual com um gene removível apresentando uma função diferente;

3. Agora vocês devem decidir se removerão algum gene da cana ou se irão inserir o gene de um dos organismos no genoma da cana.

Em seguida respondam às seguintes perguntas:

  1. Qual foi a modificação feita?
  2. Como vocês acreditam que essa modificação poderá ajudar os produtores de cana-de-açúcar?
  3. Vocês produziram um organismo transgênico? Por quê?

Observação: no genoma da cana-de-açúcar haverá apenas genes que são essenciais ao seu funcionamento. Com relação aos organismos, os alunos terão como opção:

  • Bactéria (Streptomyces hygroscopicus), com gene de resistência a herbicida
  • Vírus WMV (watermelon mosaic virus), com gene de resistência a vírus
  • Bactéria do solo ( Bacillus thuringiensis), com gene que confere resistência a insetos
  • Planta Narcisso, com gene capaz de produzir vitamina A.

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