CONTROLE DA ATIVAÇÃO DE GENES DE INTERESSE POR INTEGRASES RESPONSIVAS A ESTÍMULOS

O campo da Engenharia Genética, dentro da Biologia Molecular, permite a construção de novos sistemas biológicos, como células e organismos transgênicos, com características desejáveis a uma determinada finalidade. Nesse contexto, o desenvolvimento de mecanismos de controle da expressão de genes é fundamental para o aperfeiçoamento de organismos transgênicos.

Um dos principais mecanismos de regulação da expressão de genes é pela associação a sequências de DNA responsáveis pela ancoragem de proteínas iniciadoras da transcrição gênica – denominadas “promotores” – que podem ser responsivos a estímulos químicos, físicos ou biológicos. Dessa forma, a exposição a determinado estímulo promove ou reprime a expressão do gene a que está associado.

Além disso, a posição da sequência de DNA do promotor em relação ao gene de interesse, determina a expressão desse gene. Por isso, proteínas integrases, responsáveis por extrair e introduzir genes em um cromossomo, podendo fazê-lo na posição original ou alterada, podem ser utilizadas como ferramenta para edição e controle gênico em uma célula transgênica.

Sabendo disso, pesquisadores da Universidade de Brasília e da EMBRAPA desenvolveram a presente tecnologia que consiste em métodos, sequências e construções gênicas para o controle da expressão gênica utilizando promotores responsivos a estímulos externos e integrases do tipo serina-integrases, com o intuito de produzirem células transgênicas vegetais e animais para observar a formação de interruptores genéticos, resultando em ativação ou inativação no momento desejado e posterior montagem de biocircuitos lógicos.

VANTAGENS

• Inovação: Tecnologia promissora para a montagem e engenharia de rotas metabólicas na Biologia Sintética;
• Usabilidade: Possibilidade da construção computacional e síntese em laboratório de componentes biológicos como peças para a produção de um processador biológico binário ou biocircuitos;
• Versatilidade: Utilização para inserção de sequências gênicas de interesse em diferentes locais do genoma. 

Agenda 2030 da ONU:

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Entre em contato com a Agência de Comercialização de Tecnologias (ACT) da Coordenação de Inovação eTransferência de Tecnologia (CITT) do Centro de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico (CDT).

CANA-DE-AÇÚCAR MODIFICADA

A produção de energia renovável embora necessária é difícil de ser obtida através de plantas pela necessidade de equilíbrio entre a produção de combustíveis e a produção de alimentos. Estudos apontam que os vegetais fibrosos como a cana-de-açúcar apresentam maior eficiência energética. No entanto, para ser competitivo também é necessário que haja a redução de custos e aumento de eficiência por hectare plantado por meio do controle eficaz de pragas como a broca gigante da cana-de-açúcar (Telchin licus licus). O aumento do rendimento pela área plantada é extremamente necessária para que haja um crescimento sustentável da oferta energética renovável. Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram uma solução biotecnológica por meio da modificação genética da cana-de-açúcar para que seus genes pudessem expressar uma toxina que é letal para os insetos Telchin licus licus. Essa toxina quando é ingerida pelo inseto acaba se ligando a membrana das células intestinas, seguindo-se essa toxina é capaz de induzir a lise celular e eventualmente a morte do inseto.

A presente invenção refere-se ao campo de controle de insetos-praga, utilizando métodos e composições que compreendem análogos mutantes de δ-endotoxinas. Mais especificamente, a presente invenção tem como objetivo disponibilizar moléculas novas a partir do gene Cry1Ia12 com toxicidade melhorada para tornar as plantas de cana-de-açúcar resistentes à broca gigante da cana-de-açúcar, gerando plantas transgênicas, capazes de expressar toxinas com elevada atividade entomotóxica; disponibilizar δ-endotoxinas melhoradas por processos biotecnológicos; auxiliar para a redução das doses de aplicação de defensivos químicos com redução de custos sociais e ambientais e aumento da produtividade da cultura. São aspectos da invenção, construções gênicas contendo as moléculas de ácido nucleico, codificantes para Cry1Ia12 modificado, métodos para a expressão heteróloga das novas moléculas na forma ativa, bem como o uso das mesmas no controle de insetos-praga. A invenção também fornece genes análogos sintéticos os quais são otimizados para transformação e expressão dos mesmos em plantas.

VANTAGENS

• Custo Benefício: Diminuição de custos com defensivos agrícolas para controle da praga broca gigante da cana-de-açúcar (Telchin licus licus);
• Escalabilidade: Aumento do rendimento de plantações de cana-de-açúcar.

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DESAFIOS ATUAIS DA PRODUÇÃO DE SOJA

O Brasil é o país que mais produz soja no mundo, de acordo com os dados da safra 2020/21 da Companhia Nacional de Abastecimento, sendo essa planta uma das principais fontes de riqueza do país. Devido ao seu elevado grau de importância econômica, o controle das condições para a maior produtividade da planta de soja é uma área de grande investimento e interesse do mercado. O controle de fatores que afetam a produtividade da soja, como pragas, clima, irrigação e disponibilidade de nutrientes têm fomentado pesquisas para o desenvolvimento de tecnologias agropecuárias. Dentre elas destaca-se a engenharia genética de plantas para superar condições desfavoráveis do meio e adquirir características melhores. Esse processo, também conhecido como transgenia, aumenta a produtividade das plantas por área plantada, por outro tem gerado desconfiança por setores da sociedade, preocupados com a segurança dessas plantas em relação à saúde ambiental e humana. Uma das formas de aumentar a segurança das plantas transgênicas é pela seleção dos tipos de promotores que controlam a expressão gênica, que podem ser do tipo induzível (que ativa a expressão de um gene somente em resposta a algum estímulo/condição) ou constitutivos (inicia a expressão gênica sem depender de condições desencadeantes). Cada caso requer um tipo ou outro de promotor, dependendo do objetivo que se quer alcançar com a transgenia. Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) e da Embrapa desenvolveram um promotor específico de folha isolado de planta de soja que pode ser utilizado para o controle de pragas que se alimentam das folhas, sem que o produto da expressão do transgene afete o desenvolvimento da planta e a qualidade da semente.

NOVO PROMOTOR ESPECÍFICO DE TRANSGÊNICOS

A presente invenção refere-se a uma sequência de polinucleotídeos capaz de modificar a expressão de forma eficiente de um ou mais genes de interesse em folhas de plantas, especialmente da soja, bem como as ferramentas para obtenção de plantas geneticamente modificadas utilizando tal sequência e o uso dela.

VANTAGENS

• Eficiência: O promotor pode regular a expressão de transgenes que aumentem a produtividade das plantas, ou ainda guiar a expressão de proteínas de interesse como anticorpos e fármacos que podem ser facilmente isolados de folhas.

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DESAFIOS ATUAIS DA PRODUÇÃO DE SOJA

O Brasil é o país que mais produz soja no mundo, de acordo com os dados da safra 2020/21 da Companhia Nacional de Abastecimento, sendo essa planta uma das principais fontes de riqueza do país. Devido ao seu elevado grau de importância econômica, o controle das condições para a maior produtividade da planta de soja é uma área de grande investimento e interesse do mercado. O controle de fatores que afetam a produtividade da soja, como pragas, clima, irrigação e disponibilidade de nutrientes têm fomentado pesquisas para o desenvolvimento de tecnologias agropecuárias. Dentre elas destaca-se a engenharia genética de plantas para superar condições desfavoráveis do meio e adquirir características melhores. Esse processo, também conhecido como transgenia, aumenta a produtividade das plantas por área plantada, por outro tem gerado desconfiança por setores da sociedade, preocupados com a segurança dessas plantas em relação à saúde ambiental e humana. Uma das formas de aumentar a segurança das plantas transgênicas é pela seleção dos tipos de promotores que controlam a expressão gênica, que podem ser do tipo induzível (que ativa a expressão de um gene somente em resposta a algum estímulo/condição) ou constitutivos (inicia a expressão gênica sem depender de condições desencadeantes). Cada caso requer um tipo ou outro de promotor, dependendo do objetivo que se quer alcançar com a transgenia. Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) e da Embrapa desenvolveram um promotor constitutivo que apresenta altos níveis de expressão, semelhante aos do promotor de origem viral CaMV5S, porém de origem vegetal.

NOVO PROMOTOR CONSTITUTIVO DE TRANSGÊNICOS

A presente invenção refere-se a uma sequência de polinucleotídeos capaz de modificar/induzir a expressão de forma eficiente de um ou mais genes de interesse em plantas, especialmente da soja, bem como as ferramentas para obtenção de plantas geneticamente modificadas utilizando tal sequência e o uso dela.

VANTAGENS

• Eficiência: Por ser de origem vegetal, evita o silenciamento gênico e aumenta a disponibilidade de sequências regulatórias para eventos de transformação;
• Versatilidade: Amplas possibilidades de uso, tais como: em transgenes para resistência a herbicidas, para plantas forrageiras mais nutritivas, para transformação de plantas com vários transgenes.

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CONTROLE DA ATIVAÇÃO DE GENES DE INTERESSE POR INTEGRASES RESPONSIVAS A ESTÍMULOS

O campo da Engenharia Genética, dentro da Biologia Molecular, permite a construção de novos sistemas biológicos, como células e organismos transgênicos, com características desejáveis a uma determinada finalidade. Nesse contexto, o desenvolvimento de mecanismos de controle da expressão de genes é fundamental para o aperfeiçoamento de organismos transgênicos.

Um dos principais mecanismos de regulação da expressão de genes é pela associação a sequências de DNA responsáveis pela ancoragem de proteínas iniciadoras da transcrição gênica – denominadas “promotores” – que podem ser responsivos a estímulos químicos, físicos ou biológicos. Dessa forma, a exposição a determinado estímulo promove ou reprime a expressão do gene a que está associado.

Além disso, a posição da sequência de DNA do promotor em relação ao gene de interesse, seja à montante ou à jusante, determina a expressão desse gene. Por isso, proteínas integrases, responsáveis por extrair e introduzir genes em um cromossomo, podendo fazê-lo na posição original ou alterada, podem ser utilizadas como ferramenta para edição e controle gênico em uma célula transgênica.

Sabendo disso, pesquisadores da Universidade de Brasília e da EMBRAPA desenvolveram a presente tecnologia que consiste em métodos, sequências e construções gênicas para o controle da expressão gênica utilizando promotores responsivos a estímulos externos e integrases do tipo serina-integrases, com o intuito de produzirem células transgênicas vegetais e animais para observar a formação de interruptores genéticos, resultando em ativação ou inativação no momento desejado e posterior montagem de biocircuitos lógicos.

VANTAGENS

• Tecnologia promissora para a montagem e engenharia de rotas metabólicas na Biologia Sintética;
• Possibilidade da construção computacional e síntese em laboratório de componentes biológicos como peças para a produção de um processador biológico binário ou biocircuitos;
• Utilização para inserção de sequências gênicas de interesse em diferentes locais do genoma.

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