Engenharia genética e modificação
genética são termos para o processo de manipulação dos genes num organismo,
geralmente fora do processo normal reprodutivo deste.
Envolvem frequentemente o isolamento, a manipulação e a introdução do ADN num chamado
"corpo de prova", geralmente para exprimir um gene. O objetivo é de
introduzir novas características num ser vivo para aumentar a sua utilidade,
tal como aumentando a área de uma espécie de cultivo,
introduzindo uma nova característica, ou produzindo uma nova proteína ou enzima.
1-
Enzimas de restrição:
As enzimas
de restrição são aquelas capazes de “cortar” uma molécula de DNA em pontos
específicos. Existem centenas de tipos, e cada uma se liga a certa sequência de
bases nitrogenadas. Uma molécula de DNA cortada com determinado tipo de enzima
de restrição fornece pedaços de DNA que podem ser separados de acordo com o seu
tamanho e carga elétrica, por meio da eletroforese.
A
eletroforese é uma técnica que consiste em colocar uma amostra de algumas DNA,
todos os fragmentos percorrem o gel em corrente elétrica. No caso do DNA, todos
os fragmentos percorrem o gel em direção ao polo elétrico positivo, mas os
menores se movimentam mais rapidamente que os maiores. Quando a corrente
elétrica é desligada, os fragmentos param em posições diversas. Então é
aplicada uma substância que permite visualizar as faixas de DNA sob luz
ultravioleta. A distribuição dessas faixas é característica de cada DNA,
portanto serve para identificar uma pessoa. Essa técnica é muito utilizada em
investigações policiais.
2-
DNA Recombinante:
DNA
recombinante (rDNA) é uma sequência de DNA artificial que resulta da
combinação de diferentes sequências de DNAs. Essa técnica surgiu a partir
da engenharia genética.
Histórico:
No ano
de 1944 o pesquisador Oswald Avery, enquanto estava pesquisando a cadeia molecular do ácido
desoxirribonucleico (DNA), descobriu que este é o componente cromossômico que transmite as informações genéticas e que este é o principal
constituinte dos genes.
Em 1961 os pesquisadores François Jacob e Jacques Monod estudaram o processo de síntese de proteínas nas células de
bactérias e descobriram que o principal responsável por essa síntese é o DNA.
Em 1972 o pesquisador Paul Berg realizou a primeira experiência bem sucedida onde foram ligadas
duas cadeias genéticas diferentes: ele ligou uma cadeia de DNA animal com uma
cadeia de DNA bacteriana.
No ano de 1978 os pesquisadores Werner Arber, Daniel Nathans e Hamilton Smith ganharam o Prémio Nobel de
Fisiologia e Medicina por terem isolado as enzimas de restrição, que são
enzimas normalmente produzidas por bactérias e que são capazes de cortar o DNA
controladamente em determinados pontos levando à produção de fragmentos
contendo pontas adesivas que podem se ligar a outras pontas de moléculas de DNA
que também tenham sido cortadas com a mesma enzima. Juntamente com a ligase, que
consegue unir fragmentos de DNA, as enzimas de restrição formaram a base
inicial da tecnologia do DNA recombinante.
Utilização:
Esta técnica tem sido cada vez mais desenvolvida e é usada com muitas
finalidades. Algumas destas finalidades são:
- A
produção de alguns tipos de ativadores das defesas orgânicas para o tratamento
do câncer, como o
fator necrosante de tumores.
- A
criação e desenvolvimento de biotecnologias para a pesquisa segura de
substâncias cuja manipulação envolve alto risco biológico: vacinas que se
preparam com vírus infecciosos, onde pode existir o risco de vazamento
incontrolado.
- Para
a Clonagem.
- Vida
sintética.
- Na transgênese,
em que se introduz numa espécie uma parte do DNA de outra.
3-
Organismos Geneticamente Modificados (OGMs):
Organismos
geneticamente modificados são aqueles cujo genoma foi alterado por meio de
técnicas de engenharia genética. Pode-se ingerir um gene no genoma de um
indivíduo, por exemplo. Para isso, é preciso primeiro isolar um fragmento de
DNA contendo um ou mais genes de interesse econômico, científico ou médico. Em
seguida, esse DNA é introduzido na célula-alvo, que pode ser um óvulo fecundado
ou é incorporado à plasmídios, posteriormente inseridos em células bacterianas.
As enzimas ligantes unem os segmentos formando uma DNA recombinante. O objetivo
é que esse gene inserido se expresse no organismo modificado, produzindo uma
proteína que ele era incapaz anteriormente, e também que seja copiado
normalmente para as células-filhas durante a mitose.
Aplicações
dos OGMs:
A manipulação genética
por meio da tecnologia do DNA recombinante é uma forma de melhoramento genético
com a qual se pode obter, de maneira rápida e controlada, organismos com as
características de interesse. Assim, é possível, por exemplo, desenvolver
cultivares mais resistentes a doenças, a herbicidas, a geadas, a secas, com
menos necessidade de adubo, com frutos maiores, com frutos mais doces, com
frutos mais nutritivos, etc.
4-
Organismos transgênicos:
Um tipo
específico de OGM são os organismos transgênicos, que são criados quando o
fragmento de DNA inserido provém de outra espécie.
A primeira
aplicação comercial de um organismo transgênico talvez seja a que ocorreu em
1978, quando Herbert Boyer, na Califórnia, conseguiu produzir insulina humana
após inserir esse gene na bactéria Escherichia
coli.
Existem
outras aplicações farmacêuticas interessantes para produtos transgênicos.
Podem-se desenvolver organismos que produzem substâncias como anticorpos e
hormônios. Um exemplo é a introdução em vacas e cabras do gene que produz o
fator anti-hemofílico, proporcionando um método barato para produção e
distribuição dessa substância, já que esses animais passam a liberá-lo no
leite.
Outros
animais transgênicos vêm sendo desenvolvidos com a finalidade de criar modelos
de estudo para os processos patológicos humanos. Por exemplo, atualmente já são
utilizados ratos transgênicos nos laboratórios de pesquisa sobre diversos tipos
de câncer, e assim se pode investigar quando e como esses genes são ativados.
4
exemplos de organismos transgênicos:
Feijão, batata, ervilha e soja.
5- Clonagem de organismos:
Organismos que apresentam o mesmo material genético
são chamados dos clones. A clonagem ocorre de maneira natural em espécies que
se reproduzem assexuadamente. Nesse caso, o novo indivíduo é um clone de seu progenitor,
uma vez que se origina a partir de mitoses das células do corpo deste.
A clonagem também pode acontecer
artificialmente por meio de técnicas que permitem desenvolver um animal ou uma
planta a partir de uma célula somática, ou seja, diferenciada, ou de seu
núcleo.
A clonagem de animais a partir de células
somáticas teve um grande impulso em 1997, quando Ian Wilmut (1944-) e outros
pesquisadores escoceses obtiveram sucesso ao clonar uma ovelha, que foi chamada
Dolly (imagem).
A clonagem em animais
consiste em inserir o núcleo de uma célula somática no citoplasma, de um óvulo,
cujo núcleo foi previamente retirado.
-
Aplicação da clonagem:
A clonagem tem
aplicações em diversos campos, como agricultura, pecuária e medicina.
A clonagem
de plantas é utilizada para obter cópias de indivíduos com alguma
característica de interesse, como maior resistência às pragas. As técnicas de
clonagem vegetal são mais simples e são utilizadas há mais tempo que as
técnicas de clonagem animal.
A clonagem
de animais também visa obter cópias idênticas de indivíduos que apresentem, por
exemplo, maior produção de leite ou carne.
A clonagem
em seres humanos tem fins terapêuticos, como a produção de órgãos ou tecidos
para transplantes, evitando-se, assim, a rejeição.
- Terapia
gênica:
Terapia genética usando um Adenovírus como vetor. Um novo gene é inserido no adenovírus, que é usado para introduzir o DNAmodificado na célula humana. Se o tratamento for bem sucedido, o novo gene vai produzir uma proteína funcional.
Após localizar um gene envolvido na expressão de uma doença
genética, é possível estudar sua sequência de DNA e seu produto proteico. Com a
compreensão dos mecanismos genéticos e moleculares de uma doença, pode ser
possível desenvolver a terapia gênica.
Essa terapia é uma estratégia terapêutica que utiliza
a tecnologia do DNA recombinante para alterar o genoma do indivíduo que se
pretende curar. O objetivo é reparar as deficiências de um gene (ou de um grupo
de genes) afetado ou até mesmo inibir a expressão de certos genes nas
células-alvo. Para isso a terapia pode envolver:
~ A substituição de um gene não funcional por uma
cópia funcional;
~ A deleção de um gene
não funcional;
~ A introdução de uma
cópia gênica normal sem modificação do gene original; ou
~ A adição de um gene
ausente no genoma.
Em
comparação com a criação de OGMs, que pode ser feita com óvulos fertilizados,
uma grande dificuldade de implementar a terapia gênica é inserir o gene
desejado em um grande conjunto de células de um indivíduo já crescido.
-
Vetores de DNA:
Diversos
métodos vêm sendo desenvolvidos e aprimorados para o transporte de genes às
células somáticas. São utilizados vetores que funcionam como veículos
carregadores de genes para o interior das células. Em geral, esses vetores são
de natureza biológica, como os vírus e bactérias.
O
tratamento de doenças humanas por meio da transferência de genes foi
originalmente direcionado para doenças hereditárias, como é o caso das
hemofilias e hemoglobinopatias. Atualmente, a maioria dos experimentos clínicos
de terapia gênica em curso está direcionada para o tratamento de doenças
adquiridas, como é o caso da AIDS, de doenças cardiovasculares e de diversos tipos
de câncer.
Embora as
pesquisas para desenvolvimento de terapias gênicas venham se intensificando,
essa é uma área nova do conhecimento, e até 2009 nenhum tratamento desse tipo
havia saído da fase experimental. Além da dificuldade de inserir o novo fragmento
de DNA em muitas células, também há o fato de que muitas enfermidades não são
decorrentes de problemas em um único gene.
Fonte: Livro- Ser Protagonista/ Biologia 3° ano- Fernando S. dos Santos, João Batista V. Aguilar e Maria M. Argel de Oliveira.