Biotecnologia no Diagonóstico e na Terapêutica de Doenças

Anti-corpos policlonais

Os anti-corpos 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. 

Anti-corpos Monoclonais

Os anticorpos monoclonais, são obtidos, laboratorialmente e em grandes quantidades, a partir da estimulação de um único clone de linfócito B. São todos iguais e específicos para um só determinante antigénio.

Aplicações:

   * Na imunização passiva contra agentes infecciosos e toxinas;

   * Nos transplantes de tecidos ou orgãos;

   * Na estimulação da rejeição e destruição de tumores;

   * Na manipulação da resposta imunitária;

  * Na elaboração de teste de diagnóstico mais sensíveis e específicos( Ex. Testes de gravidez). 

Bioconversão 

Em biotecnologia, consiste na utilização de células ou da sua maquinaria enzimática para a transformação de um substrato num determinado produto, relacionados estruturalmente. É também designada biotransformação. 

Aplicações:

   * Diminuição do número de reacções necessárias para a obtenção do produto;

   * Permite realizar transformações, que seriam difíceis de efectuar por síntese química.

   * Diminuição do número de passos necessários para a obtenção do produto, em muitos casos, economicamente rentável;

   * Permite um aumento do grau de pureza/ especificidade, com consequente diminuição do risco de alergias e efeitos secundários,

Através de processos biotecnológicos, como a bioconversão ou biotransformação, é possível produzir:

   * Antibióticos;

   * Esteróides;

   * Vitaminas;

Desequilíbrios e Doenças

Alergias

As alergias são respostas exageradas a determinados antigénios do meio ambiente designados alergénios.

O primeiro contacto com o alergénio não produz , sintomas ou sinais. No entanto, os linfócitos B diferenciam-se em plasmócitos, produzindo anticorpos Ig E, específicos para esse antigénio. Alguns destes anticorpos ligam-se a células, como os mastócitos e os basófilos, que ficam assim sensibilizados para esse antigénio. 

Quando há 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. 

Doenças auto-imunes 

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

Artrite reumatóide

Lúpus

Imunodeficiências

Imunodeficiência é, deficiência no funcionamento do sistema imunitário, de um organismo. Pode ser inata ou adquirida. 

Imunodeficiência inata: resulta de mutações durante o desenvolvimento embrionário ou por transmissão hereditária.É um conjunto de mecanismos de defesa não específicos de um organismo.

Imunodeficiência grave combinada- SCID

      

Imunodeficiência adquirida: Origina-se a partir da exposição do sistema imunitário aos agentes imunossupressores. É um conjunto de mecanismos de de defesa esecíficos de um organismo, que são adquiridos após cada invasão por agentes patogénicos.

SIDA

Imunização

Imunidade activa natural: é a infecção de um agente patogénico com  activação dos linfócitos B.

Imunidade activa artificial : Activação de linfócitos B por contacto com o antigénio presentes nas vacinas.

Imunidade passiva natural: Anticorpos presentes no leite materno. 

Imunidade passiva artificial: Anticorpos presentes em soros extraídos de outros indivíduos.

Vacinação e Soros

Vacinas- introdução de antigénios nos organismos , com o objectivo de estimular os linfócitos B e adquirir memória imunitária. 

Soros- contém plasma sanguíneo com anti-corpos de um indivíduo que já teve essa doença. 

Mecanismos de defesa específica

Ao contrário do que acontece com a defesa não específica, a resposta do organismo ao agente invasor melhora a cada novo contacto. 

Os Antigénios são substâncias que desencadeiam uma resposta específica. Unem - se a anticorpos específicos, um para cada um deles.

As principais células que intervêm na defesa específica do organismo são os linfócitos B e os linfócitos T.

Durante a maturação dos linfócitos B e T, estes adquirem receptores superficiais para numerosos e variados antigénios, passando a reconhecê-los e tornando-se células imunocompetentes. 

  

Reacção antigénio- anticorpo

Imunidade Humoral

Os antigénios livres activam os linfócitos B com um receptor específico, que por sua vez multiplica-se e diferencia-se , formando assim células memória e plasmócitos.


Os Anticorpo são proteínas que interagem de forma específica com um antigénio, com o objectivo de o neutralizar. 

São produzidos pelos plasmócitos;

As imoglubilinas têm a forma de "Y" ;

Os plasmócitos produzem anticorpos que se ligam aos antigénios dos agentes infecciosos provocando:

1. Neutralização- impedem a mobilidade, multiplicação e capacidade de infecção.

2. Aglutinação- juntam os agentes infecciosos em grandes aglomerados.

3. Precipitação- apenas para substâncias solúveis. 

4. Activação do sistema complemento. 

A neutralização, a aglutinação e a precipitação , estimulam a actividade dos macrófagos. 

Imunidade celular

A imunidade celular é realizada com base na acção dos Linfócitos T, que têm, também, a capacidade de reconhecimento de um antigénio. 

Os macrófagos apresenta na sua membrana fragmentos dos antigénios fagocitados que activam os Linfócitos T.

Os Linfócitos T diferenciam-se em :

  + TC - produção de enzimas hidroliticas que causam a destruição de células tumorais e vírus; 

  + TM - Memória imunitária; 

  + Th -Estimulação da resposta imunitária: 

                 * Activação de macrófagos; 

                 * Estimulação de Linfócitos B;

                 * Citocinas -> Quimiotaxia;

Os linfócitos T apenas reconhecem os antigénios apresentados por células do próprio organismo.

Mecanismos de defesa não específica

Barreiras físicas ou  anatómicas:
    + Pele;
    + Muco;
    + Ácido gástrico;
    + Saliva e lágrimas;


Fagocitose

A fagocitose consiste na ingestão de partículas ( como por exemplo, microrganismos), e é realizada por alguns tipos de leucócitos. Esta ocorre, no contexto de uma resposta inflamatória, limitando ou mesmo parando a invasão bacteriana.

Alguns macrófagos, patrulham diversos tecidos do organismo, tendo a capacidade de fagocitar células anormais. Outros mantêm-se em locais fixos ( como por exemplo, nas alvéolas pulmonares).

Para realizarem a fagocitose, os fagócitos emitem prolongamentos citoplasmáticos- os pseudópodes. O macrófago engloba o micróbio num vacúolo ao qual se fundem lisossomas. As enzimas dos lisossomas, dirigem o micróbio.

Resposta Inflamatória

Este mecanismo entra em acção quando a pele ou as mucosas sofrem uma lesão. 
Os sintomas são facilmente reconhecidos: vermelhidão, edema, dor e febre local.

A vermelhidão de uma ferida deve-se ao aumento do fluxo sanguíneo na zona afectada. Este aumento resulta da libertação de substâncias pirogénicas, como a histamina ( substância produzida por basófilos ou por mastócitos), por parte das células afectadas. Ao aumentar o fluxo sanguíneo, aumenta o volume do mesmo na zona  provocando  edema nos tecidos. A consequente  pressão nas terminações nervosas,  leva à  dor. 
A febre local resulta também dos agentes pirogénios. A temperatura elevada activa o metabolismo dos macrófagos e inibe a reprodução bacteriana.

Interferão

Os interferões são proteínas produzidas por certas células quando são atacadas por vírus ou por parasitas intracelulares. Estas proteínas não apresentam especificidade, pois podem inibir a replicação de diversos vírus. 

Os interferões difundem-se, entram na circulação e ligam-se à membrana citoplasmática de outras células, induzindo-as a produzir proteínas antivirais que inibem a replicação desses vírus. O interferão não é uma proteína antivírica,  mas induz a célula a produzir moléculas proteicas anti-virais.

Sistema Complemento

 A activação de uma proteína provoca uma série de reacções em cadeia, em que cada proteína, activa outra e assim sucessivamente, causando um efeito em cascata.

 A activação implica a ruptura da proteína inactiva  em  fragmentos (dois ou mais), que actuam sobre a proteína seguinte.

 Os efeitos da activação do sistema complemento incluem:

+ Destruição de bactérias, através da formação de poros nas suas membranas, o que provoca um choque osmótico.

+ Estimulação da resposta inflamatória, através da produção de histamina por células activadas pelas proteínas complemento.

+ Atracção de fagócitos, para as regiões afectadas, com consequente aumento da fagocitose.

+ Optimização da fagocitose, uma vez que as proteínas complemento e os anticorpos que se encontram ligados aos receptores das células - alvo facilitam o seu reconhecimento pelas células fagocitárias.

Sistema Imunitário

Este sistema é responsável pela vigilância e destruição de células envelhecidas e anormais ( cancerosas) do próprio organismo. 

Os agentes biológicos capazes de causar doenças aos animais - bactérias, vírus, fungos, protozoários ou animais parasitas, denominam-se agentes patogénicos. 

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. 

Do ponto de vista bioquímico, cada individuo é único , por isso o sistema imunitário consegue reconhecer aquilo que pertence ao organismo e o que lhe é estranho. Na superfície de cada célula existem glicoproteínas. 

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 o complexo maior de histocompatibilidade.   

Quando o sistema imunitário detecta marcadores diferentes dos que são próprios do organismo, desencadeia-se uma resposta imunitária. 

               + 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 dois tipos de resposta imunitária ou mecanismo de defesa:

  - Mecanismos de defesa não específicos ( conhecidos por imunidade inata);

  - Mecanismo de defesa específicos ( conhecidos por imunidade adquirida);

Constituintes do Sistema imunitário:

    - Timo;

    - Medula óssea;

    - Baço;

    - Gânglios linfáticos;

    - Amígdalas;

    - Tecido linfáctico;

Os leucócitos são células efectoras do sistema imunitário. Os leucócitos podem ser:

Terapia Génica

A terapia génica consiste na introdução de genes clonados em células de um organismo com o objectivo de curar uma doença. A terapia génica é uma das mais promissoras técnicas de tratamento de doenças que resulta de defeitos genéticos. 

Organismos Geneticamente Modificados

OGM é a sigla para Organismos Geneticamente Modificados, podendo ser também designados por organismos transgénicos. 

Estes organismos obtêm-se através de técnicas laboratoriais complexas, que se pode transplantar genes para um outro organismo.

Já se produzem OGM muito diversos, incluindo animais (dos ratos aos peixes), plantas, fungos, bactérias e outros microrganismos.

Vantagens:

       + O alimento pode ser enriquecido com um componente nutricional essencial, como por exemplo, o arroz geneticamente modificado que produz vitamina A. 

     + É possível obter alimentos mais baratos. As técnicas de manipulação genética ajudam os agricultores a reduzir os prejuízos

     + A utilização de culturas geneticamente modificadas poderá também ser desenvolvida no sentido de permitir o seu crescimento em ambientes hostis, não afectando assim o Ambiente e podendo também criar novas zonas que se possam cultivar evitando que se desgastem tanto as outras.

Desvantagens:

    + Impactos sobre a biodiversidade. A agricultura e o ambiente serão alterados irreversivelmente.

      + 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.

     + 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 previstos.

Fundamentos de Engenharia Genética

A Engenharia Genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos. Tem várias aplicações e técnicas utilizadas.

A Engenharia Genética tem como objectivo a manipulação directa de genes com um fim prático, ou seja,  os genes isolados e transferidos, são responsáveis pela produção de certas substâncias , como as proteínas, para que outros seres vivos que nãos as produzam , de modo a serem funcionais nestes seres vivos. 

Técnica do DNA recombinante

+ Aplicam-se as enzimas de restrição no vector ( plasmideos ou bacterifagos) e no DNA de origem, que contêm o gene de interesse.

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

+  Promove-se a incorporação do vector por parte das bactérias. As bactérias crescem num meio de cultura selectivo.

+ Das bactérias que forem cultivadas num meio com esse antibiótico, selecciona-se só as que têm o plasmideo recombinante se reproduzem, formando colónias.

+ Purificação – separação do composto de interesse de outros produzidos pelo metabolismo normal do hospedeiro.

Técnica do DNA complementar

Usa-se em conjunto com a técnica do rDNA. Permite obter DNA maduro, já sem intrões. O processo de obtenção de DNA, utiliza-se:

+ mRNA maduro

+ Transcriptase reversa- usa o mRNA como molde para fazer uma cadeia de DNA por complementaridade de bases à o mRNA degrada-se ( é instável).

+ Nucleótidos livres.

+ DNA polimerase à usa  a cadeia simples e os nucleótidos do meio para sintetizar a cadeia em falta:

             - Promove-se a replicação;

             - Insere-se no vector; 

Técnica de reacção de polimerização em cadeia (PCR)

Um ciclo de PCR consiste em quatro fases:

+ Aquecer o DNA para separar as duas cadeias;

+ Acrescentam-se primers, que se vão ligar ao DNA em pontos específicos, delimitando a zona a copiar;

+ Adicionar nucleótidos e a enzima DNA polimerase para que a dupla hélice se reponha a partir de cada uma das cadeias simples;

+ Repetir o procedimento até obter cópias suficientes do DNA em estudo;

Técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.

Bibliotecas de Genes ou Genómica

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, estando armazenados, ficam assim disponíveis para posteriores utilizações. 

Cancro

Cancro o que é?

O cancro é a proliferação anormal de células. Tem inicio nas células, estas crescem e dividem-se para formar novas células. No seu ciclo de vida, as células envelhecem, morrem e são substituídas por novas células.

Algumas vezes, este processo ordeiro e controlado corre mal: formam-se células novas, sem que o organismo necessite e, ao mesmo tempo, as células velhas não morrem. Este conjunto de células extra forma um tumor.

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.

Nem todos os tumores correspondem a cancro. 

Os tumores podem ser benignos ou malignos.

   Os benignos , raramente põem a vida em risco. Regra geral, podem ser removidos e, muitas vezes, regridem. 

As células dos tumores benignos não se "espalham", ou seja, não se disseminam para os tecidos em volta ou para outras partes do organismo. 

  Os malignos são mais graves que os tumores benignos, podem colocar a vida em risco e , muitas vezes podem ser removidos, embora possam voltar a crescer.

As células dos tumores malignos podem invadir e danificar os tecidos e órgãos circundantes, podem, ainda libertar-se do tumor primitivo e entrar na corrente sanguínea ou no sistema linfático - este é o processo de metastização das células cancerígenas, a partir do cancro original , formando novos tumores noutros órgãos.