Exercícios: As aplicações da biotecnologia

Refere duas aplicações da biotecnologia no domínio da saúde e explica sucintamente em que consiste cada uma.

Nas estações de tratamento de águas residuais (ETAR) intervêm bactérias e outros microrganismos. Explica que papel desempenham no tratamento da água.

O que é a terapia génica? Apresenta um exemplo de doença que se procure tratar com esta estratégia e explica o seu princípio de funcionamento.

O milho Bt incorpora um gene da bactéria Bacillus thuringiensis que codifica uma toxina inseticida. Apresenta duas vantagens deste cultivo transgénico e dois riscos ou críticas que lhe são apontados.

O esquema sintetiza, em quatro etapas numeradas, o processo atual de obtenção da insulina humana. Explica o que ocorre em cada etapa e justifica que vantagens este método apresenta em comparação com a extração de insulina a partir do pâncreas de porcos ou bovinos.

A biorremediação recorre a microrganismos para descontaminar derrames de hidrocarbonetos. Explica em que consiste esta técnica e que condições têm de estar reunidas para que os microrganismos degradem o poluente com eficácia.

Durante o desenvolvimento de uma vacina de ARNm contra um vírus patogénico com invólucro, a equipa de investigação deve ultrapassar vários obstáculos fisiológicos e celulares:

1. a) Se se injetasse ARNm livre diretamente na corrente circulatória, seria degradado em questão de minutos e revelar-se-ia incapaz de atravessar a membrana plasmática. Justifica que barreiras biológicas (moleculares e eletrostáticas) impedem a sua entrada e explica como o encapsulamento em nanopartículas lipídicas resolve este problema.
2. b) Uma vez no citosol das células do hospedeiro, descreve que organelo traduz o ARNm e rebate a afirmação errónea de que «as vacinas de ARNm podem modificar permanentemente o genoma do paciente», apresentando dois argumentos biológicos baseados no fluxo da informação genética e na compartimentação celular.
3. c) Compara a segurança desta vacina com uma clássica de vírus atenuados numa pessoa com imunodeficiência grave: prevê que risco de reversão ou replicação patogénica apresenta a vacina atenuada que não existe de todo com a vacina de ARNm e justifica o teu raciocínio.

Numa investigação forense encontra-se uma mancha mínima de sangue na roupa de uma vítima (Amostra). A polícia interroga dois suspeitos (S1 e S2). Paralelamente, num processo civil, uma mulher (M) reclama a S1 a paternidade do seu filho (H). O laboratório analisa três loci de repetições curtas em tandem (STR):

1. a) Interpreta os resultados forenses: pode descartar-se algum dos suspeitos? Esta coincidência permite afirmar com uma certeza absoluta de $100\ \%$ que o suspeito não descartado é o autor do crime? Justifica a tua resposta considerando a probabilidade estatística e a necessidade de analisar mais loci.
2. b) Analisa os dados do teste de paternidade: deduz os alelos paternos obrigatórios que o filho (H) teve de receber comparando o seu genótipo com o da sua mãe (M). A partir deles, determina de forma fundamentada se S1 pode ser o pai biológico de H.
3. c) Explica a nível cromossómico e molecular o que significa que um indivíduo apresente dois valores distintos num locus STR em comparação com um único (como no Locus 3 de S1), e que técnica analítica permite distinguir estes alelos após amplificá-los por PCR.

Um consórcio biomédico propõe aplicar a tecnologia CRISPR/Cas9 em zigotos humanos viáveis para corrigir uma mutação autossómica dominante responsável pela doença de Huntington antes de implantar o embrião.

1. a) Descreve os dois elementos moleculares indispensáveis do sistema CRISPR/Cas9 que devem ser microinjetados no zigoto e explica como atuam coordenadamente para reconhecer e cortar com precisão a sequência de ADN alvo.
2. b) Nos ensaios experimentais detetam-se dois grandes problemas técnicos: cortes fora do alvo (efeitos off-target) e mosaicismo genético (algumas células do blastocisto apresentam a edição e outras conservam o alelo original sem editar). Justifica a nível molecular e do desenvolvimento embrionário por que surge o mosaicismo e prevê que consequências para a saúde traria no indivíduo nascido.
3. c) Distingue com precisão entre edição génica somática e edição génica da linha germinativa. Justifica cientificamente por que razão a modificação da linha germinativa em embriões suscita uma rejeição ética e legal muito maior na comunidade internacional do que a terapia génica aplicada a células somáticas de um paciente adulto.

Desafio do tema. Assume o papel de assessor científico e elabora um relatório técnico sobre o impacto real da biotecnologia no nosso meio envolvente.

1. Obtenção de dados oficiais: Acede ao site do Ministério da Agricultura, Pesca e Alimentação (MAPA) e recolhe a superfície cultivada (em hectares) de milho geneticamente modificado ($MON\,810$) em Espanha durante os últimos três anos disponíveis.

2. Bases de engenharia genética: Elabora um esquema explicativo do processo biotecnológico para criar este OGM, detalhando o uso de enzimas de restrição, vetores de clonagem, a ADN ligase e os métodos de transferência e integração génica.

3. Análise de aplicações: Compara esta aplicação agronómica com uma médica (como a obtenção de insulina recombinante ou uma terapia por meio de $CRISPR/Cas9$), calculando a variação percentual da superfície cultivada com uma casa decimal (por exemplo, $+2,5\,\%$).

4. Parecer bioético: Redige uma proposta final fundamentada avaliando a sustentabilidade ambiental, o fluxo génico para espécies silvestres e o impacto socioeconómico do uso de patentes biotecnológicas.

Será valorizado:

• Precisão conceptual na descrição das ferramentas e etapas do ADN recombinante.

• Rigor na obtenção, tabulação e análise percentual dos dados oficiais do MAPA.

• Argumentação crítica e integrada sobre as aplicações agrícolas e biomédicas sob uma perspetiva bioética.