Questão 4 Unicamp 2024 - 2ª fase - dia 2
Microrganismos podem ser considerados um laboratório biotecnológico. Em Escherichia coli, a galactose permease (GalP) e a glicoquinase (Glk) compõem uma via alternativa que permite, respectivamente, a absorção e a posterior fosforilação da glicose pela célula. A partir da glicose, a bactéria produzirá etanol. Plasmídeos contendo os genes GalP e Glk de E. coli podem ser construídos com variantes de promotores, visando ao aumento da expressão gênica.
(Adaptado de: HERNÁNDEX-MONTALVO, V. et al. Biotechnology and Bioengineering, Nova Jersey, v. 83, p. 687-694, 2003.)
a) Defina o que são promotores e plasmídeos. Considerando o esquema ao lado, identifique a posição das duas proteínas mencionadas no texto, tendo em vista as possíveis posições de 1 a 4.
b) Zymomonas mobilis e Saccharomyces produzem etanol e CO2 por uma rota que usa duas enzimas, a piruvato descarboxilase e a álcool desidrogenase. Todavia, Z. mobilis produz mais etanol do que a Saccharomyces, e ambas metabolizam uma variedade limitada de açúcares. Com base em seu conhecimento sobre engenharia genética e tendo em vista o texto apresentado, proponha uma estratégia biotecnológica para aumentar a produção de etanol por microrganismos.
a) Promotores ou regiões promotoras do gene são sequências de nucleotídeos que antecedem a região codificadora do gene, que é aquela que contém as informações que serão transcritas. Os promotores são importantes para viabilizar a acoplagem de fatores de transcrição e da enzima RNA-polimerase ao DNA, o que possibilita o processo de transcrição do gene.
Plasmídeos são cadeias curtas de DNA circular bacteriano que contém genes extracromossômicos, como genes de resistência a antibióticos. São estruturas autorreplicantes utilizadas no processo de reprodução sexuada, por conjugação bacteriana. Na engenharia genética, os plasmídeos podem ser manipulados para a formação do DNA recombinante, por meio da ligação com genes de outras espécies, e utilizados como vetor para a inserção de genes em organismos, nos quais determinarão a produção de determinadas proteínas de interesse econômico ou médico. Além disso, podem ser utilizados para induzir alterações no metabolismo bacteriano de modo a torná-las mais eficazes nas atividades que já realizam.
No esquema, a posição da galactose permease (GalP) corresponde a indicada em 1, pois este número representa uma proteína de membrana, a qual permite a absorção da glicose (GLU) pela célula. A seta que atravessa 1 representa o movimento da glicose pela GalP, atravessando a membrana plasmática e adentrando à célula.
A glicoquinase (Glk) corresponde ao algarismo 4 do esquema. O posicionamento do 4, junto à seta que mostra a transformação de 2 (GLU-glicose) em GLU-6P (glicose-6-fosfato), consiste em uma ilustração típica da atividade catalítica desempenhado por enzima. Nesse caso específico, a enzima glicoquinase (Glk) está catalisando a fosforilação da glicose em glicose-6-fosfato, com gasto de ATP (número 3) como doador do grupo fosfato que foi adicionado à molécula de glicose no carbono 6.
b) Com a engenharia bacteriana podemos testar combinações gênicas que resultem na maior eficiência dos processos metabólicos e, como consequência, na maior produção de substâncias de interesse. Considerando que Zymomonas mobilis produz mais etanol do que a Saccharomyces podemos apostar na transgenia inserindo genes de Zymomonas, uma bactéria, no genoma da Saccharomyces, com a expectativa de aumentar a produção de etanol no fungo. Em relação à limitação na variedade de açúcares metabolizados, podemos procurar na ampla variedade de microrganismos aqueles que conseguem metabolizar açúcares mais diversos, identificar os genes relacionados a codificação de enzimas que atuam nessas vias metabólicas e inserir nas espécies de microrganismos citadas, ampliando a capacidade de uso de substratos no processo de fermentação. Por fim, em relação à intensidade da expressão gênica, da mesma maneira que variantes de promotores são capazes de aumentar a produção de GalP e Glk em Escherichia coli, os genes da piruvato descarboxilase e da álcool desidrogenase também podem ser preparados em plasmídeos com ampla variantes de promotores, visando o aumento da expressão gênica e aumentando a quantidade de enzimas que atuam no processo de produção do álcool etílico.