Genética molecular
A genética molecular é a área da biologia que estuda a estrutura e a função dos genes a nível molecular. A genética molecular usa os métodos da genética e da biologia molecular.[1] É chamada assim para se diferenciar de outros campos da genética como a genética ecológica e a genética populacional. Um campo importante da genética molecular é o uso de informação molecular para determinar padrões de descendência, e assim a classificação científica correcta dos organismos: a isto chamamos sistemática molecular.
Junto com a determinação do padrão de descendentes, a genética molecular ajuda a compreender as mutações genéticas que podem causar certos tipos de doenças. Através da utilização dos métodos de genética e biologia molecular, a genética molecular descobre as razões pelas quais as características são exercidas e como e porque algumas podem sofrer mutações.
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[editar] Forward genetics
Uma das primeiras ferramentas a ser utilizada pelos geneticistas moleculares na década de 1970 foi o rastreio genético.[2] O objetivo desta técnica é identificar o gene que é responsável por um determinado fenótipo. Muitas vezes usa-se um agente mutagénico para acelerar este processo. Uma vez isolados os organismos mutantes, torna-se possível identificar molecularmente o gene responsável pela mutação.
[editar] Reverse genetics
Embora os rastreios da forward genetics sejam eficazes, podemos usar uma abordagem mais directa:determinar o fenótipo resultante da mutação de um determinado gene. A isto chama-se reverse genetics.[3] Nalguns organismos, tais como leveduras e ratinhos, é possível induzir uma delecção num gene específico, criando um gene nocaute. Uma alternativa possível é induzir delecções aleatórias no ADN e seleccionar posteriormente as delecções em genes de interesse, usar interferência de RNA e criar organismos transgénicos em que vai haver uma sobre-expressão do gene de interesse.
[editar] Técnicas em genética molecular
Existem três técnicas gerais utilizadas para genética molecular: amplificação, separação e detecção, e expressão. A reação em cadeia da polimerase é especificamente utilizada para a amplificação, que é um "instrumento indispensável para uma grande variedade de aplicações".[4] Na técnica de separação e detecção o ADN e o ARNm são isolados a partir de suas células. A expressão do gene em células ou organismos é feita num local ou tempo que não é normal para esse gene específico.
[editar] Amplificação
Há outros métodos para a amplificação além da reacção em cadeia da polimerase. Clonagem de ADN em bactérias é também uma forma de amplificar ADN em genes.
[editar] Reação em cadeia da polimerase
Ver artigo principal: 
Os principais materiais utilizados na reação em cadeia da polimerase são nucleotídeos do ADN, o ADN molde (template), iniciadores (primers) e a Taq polimerase. Nucleótidos de ADN são a base para o novo ADN, o ADN molde é a sequência específica a ser amplificada, iniciadores são nucleótidos complementares que podem ir em ambos os lados do ADN molde, e a polimerase Taq é uma enzima termicamente estável que salta-inicia a produção de ADN novo às temperaturas elevadas necessárias para a reacção.[5] Nesta técnica não é necessário usar as bactérias vivas ou células; tudo o que é necessário é a sequência de bases do ADN e os materiais listados acima.
[editar] Clonagem de ADN em bactérias
O termo clonagem para este tipo de amplificação envolve fazer múltiplas cópias idênticas de uma sequência de ADN. A sequência de ADN alvo é então inserida num vector de clonagem. Uma vez que este vector origina a partir de um vírus auto-replicante, plasmídeo, ou uma célula superior do organismo, quando o ADN de tamanho apropriado é inserido o "alvo e fragmentos de ADN do vector são então ligados" e criam uma molécula de ADN recombinante. As moléculas de ADN recombinantes são depois colocados em uma cepa de bactérias (E. coli geralmente), que produz várias cópias idênticas por transformação.[6] A transformação é o mecanismo de absorção de ADN possuído por bactérias. No entanto, apenas uma molécula de ADN recombinante pode ser clonada dentro de uma única célula bacteriana, de modo que cada clone é de apenas uma inserção de ADN.
[editar] Separação e detecção
Na separação e detecção o ADN e o ARNm são isolados a partir de células (a separação) e, em seguida detectados simplesmente pelo isolamento. As culturas celulares são também aumentadas para proporcionar um fornecimento constante de células prontas para o isolamento.
[editar] Culturas de células
Uma cultura de células para a genética molecular é uma cultura que é cultivada em condições artificiais. Alguns tipos de células crescem bem em tais culturas como as células da pele, mas outras células não são tão produtivas em culturas. Existem diferentes técnicas para cada tipo de célula, algumas apenas recentemente encontradas para fomentar o crescimento de células-tronco e nervo. Culturas para a genética molecular são congeladas, a fim de preservar todas as cópias do gene espécime e descongeladas apenas quando necessário. Isto permite um fornecimento constante de células.
[editar] Isolamento do ADN
O isolamento do ADN extrai ADN a partir de uma célula de uma forma pura. Em primeiro lugar, o ADN é separado a partir de componentes celulares, tais como proteínas, ARN, e lípidos. Isto é feito colocando as células escolhidas em um tubo com uma solução que mecanicamente, quimicamente, rompe as células abertas. Esta solução contém enzimas, produtos químicos, e sais que rompe as células excepto o ADN. Ele contém enzimas para dissolver proteínas, produtos químicos para destruir todos os ARN presentes, e sais para ajudar a puxar o ADN para fora da solução.
Em seguida, o ADN é separado da solução ao ser girado em uma centrífuga, o que permite que o ADN se acumule na parte inferior do tubo. Após este ciclo na centrífuga a solução é vertida fora e o ADN é ressuspenso em uma segunda solução o que faz com que se torne fácil de trabalhar com o ADN no futuro.
Isto resulta em uma amostra de ADN concentrada que contém milhares de cópias de cada gene. Para projetos de grande porte, tais como o seqüenciamento do genoma humano, todo esse trabalho é feito por robôs.
[editar] Isolamento do ARNm
ADN expresso que codifica para a síntese de uma proteína é o objectivo final para cientistas e este ADN expresso é obtido através do isolamento de ARNm (o ARN mensageiro). Primeiro, os laboratórios utilizam uma modificação celular normal de ARNm que acrescenta-se a 200 nucleótidos de adenina para o fim da molécula (cauda poli (A)). Uma vez que este tenha sido adicionado, a célula é rompida e o conteúdo da célula é exposto a grânulos sintéticos que são revestidos com nucleótidos da cadeia timina. Devido a Adenina e Timina parearem juntas no ADN, a cauda poli (A) e os grânulos sintéticos são atraídos um para o outro, e uma vez que eles se liguem a este processo, os componentes celulares podem ser lavados sem remover o ARNm. Uma vez que o ARNm foi isolado, a transcriptase reversa é empregue para convertê-lo para ADN de cadeia simples, a partir do qual um ADN de cadeia dupla estável é produzido usando DNA polimerase. O DNA complementar (cDNA) é muito mais estável do que o ARNm e, assim, uma vez que o ADN de cadeia dupla tenha sido produzido ele representa as sequências expressas de ADN que os cientistas procuram.[7]
[editar] Aplicações
Uma de suas aplicações consiste no estudo da mutação e variação de cepas de bactérias.[8]
[editar] O Projeto Genoma Humano
O Projeto Genoma Humano é um projeto de genética molecular, que começou na década de 1990 e foi projetado para levar quinze anos para ser concluído. No entanto, por causa dos avanços tecnológicos o andamento do projeto foi adiantado e o projeto terminou em 2003, tendo apenas treze anos. O projeto foi iniciado pelo Departamento de Energia dos EUA e do National Institutes of Health em um esforço para atingir seis metas estabelecidas. Estes objectivos foram:
- Identificação de 20.000 a 25.000 genes no ADN humano (embora as estimativas iniciais eram cerca de 100.000 genes),
- Determinar sequências de pares de base químicos no ADN humano,
- Armazenar todas as informações encontradas em bancos de dados,
- Melhorar as ferramentas utilizadas para análise de dados,
- Transferência de tecnologias para setores privados, e
- Abordar as questões éticas, legais e sociais (ELSI) que pudessem surgir a partir dos projetos.[9]
[editar] Tópicos relacionados
- Estudo de macromoléculas importantes na herança biológica
- rastreios genéticos
- transgénicos e sobre-expressão
- mapeamento, clonagem e sequenciação
- expressão génica
- medida
- regulação espacial e temporal
- cDNA
- imprinting
- bactérias e fagos em genética molecular
Referências
- ↑ Karp, Gerald. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments (em inglês). 5ª ed. New Jersey: John Wiley, 2008. 727-776 p. ISBN 978-0-470-04217-5
- ↑ Lewis, Ricki. Human Genetics: The Basics (em inglês). London/NewYork: Routledge, 2010. 200 p. p. 135. ISBN 978-0-41557986-5
- ↑ Neumann G, Hatta M, Kawaoka Y. (2003). "Reverse genetics for the control of avian influenza". Avian Dis. 47 (3 Supl.) pp. 882–7. DOI:10.1637/0005-2086-47.s3.882. PMID 14575081.
- ↑ NCBI - Molecular Genetics: Piecing it Together. Página visitada em 17 de fevereiro de 2012.
- ↑ Ramsden, Jeremy J. Bioinformatics: An Introduction. New York: Springer, 2009. 271 p. p. 191. ISBN 978-1-84800-256-2 1568-2684
- ↑ Alphey, Luke (editor). DNA Sequencing: From Experimental Methods to Bioinformatics (em inglês). New York: Springer, 1997. Capítulo: 15: Sequencing Projects and Contig Analysis, p. 160-161. ISBN 0-387-91509-5
- ↑ Techniques of Molecular Genetics. Página visitada em 17 de fevereiro de 2012.
- ↑ Dale, Jeremy W.; Park, Simon F. Molecular Genetics of Bacteria (em inglês). 4ª ed. West Sussex: John Wiley & Sons, 2004. 346 p. p. 37-66. ISBN 0-470-85084-1
- ↑ Human Genome. Página visitada em 17 de fevereiro de 2012.
[editar] Ver também
[editar] Ligações externas
- Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology
- Centro de Investigação em Genética Molecular
- Human Molecular Genetics
- Clinical Molecular Genetics Society
