Engenharia genética

Parte da série de Biologia sobre
Genética
Componentes chave
Cromossomo DNA · RNA Genoma Hereditariedade Mutação Nucleotídeo Variação
Glossário Índice
História e tópicos
Introdução História
Genética clássica Evolução · Molecular Herança mendeliana Genética molecular
Investigação
Sequenciamento de DNA Engenharia genética Genômica · Tópicos Genética médica
Ramos da genética
Portal da biologia •

Cadeia ADN

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 ser vivo, geralmente para exprimir um gene. O objetivo é 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.

Exemplos são a produção de insulina humana através do uso modificado de bactérias e da produção de novos tipos de ratos como o OncoMouse (rato cancro) para pesquisa, através de re-estruturamento genético. Já que uma proteína é codificada por um segmento específico de ADN chamado gene, versões futuras podem ser modificadas mudando o ADN de um gene. Uma maneira de o fazer é isolando o pedaço de ADN contendo o gene, cortando-o com precisão, e reintroduzindo o gene em um segmento de ADN diferente.

A engenharia genética oferece a partir do estudo e manuseio bio-molecular (também chamado de processo biológico e molecular), a obtenção de materiais orgânicos sintéticos. Os processos de indução da modificação genética permitiram que a estrutura de sequências de bases completas de DNA fossem decifradas, portanto facilitando a clonagem de genes.

A clonagem de genes é uma técnica que está sendo largamente utilizada em microbiologia celular na identificação e na cópia de um determinado gene no interior de um organismo simples empregado como receptor, uma bactéria, por exemplo. Este processo é muito importante na síntese de alguns sub-produtos utilizados para o tratamento de diversas enfermidades.

História da engenharia genética

Ver artigo principal: Histórico do estudo do DNA

Os pesquisadores norte-americanos George W. Beadle e Edward L. Tatum, na década de 1930, demonstraram a regulação pelos genes da produção de proteínas e enzimas e a consequente intervenção nas reações dos organismos dos animais. A partir destas pesquisas, teve início o progresso de descoberta da estrutura genética humana.

Oswald Avery em 1944, pesquisando a cadeia molecular do ácido desoxirribonucleico (DNA),ou (RNA), descobriu que este é o componente cromossômico que transmite informações genéticas.

Em 1953 os ingleses Francis H. C. Crick, Maurice Wilkins e o norte-americano James D. Watson conseguiram mapear boa parte da estrutura da molécula do DNA.

Em 1961 os franceses François Jacob e Jacques Monod pesquisaram o processo de síntese de proteínas nas células bacterianas. Descobriram que o principal responsável pela síntese é o DNA, que passou então a ser o elemento central das pesquisas de engenharia genética.

Em 1972, na Universidade de Stanford, na Califórnia, o norte-americano Paul Berg ligou duas cadeias de DNA. Uma era de origem animal, a outra bacteria da criação sintética de produtos de engenharia genética.

Em 1978, o suíço Werner Arber e os norte-americanos Daniel Nathans e Hamilton O. Smith foram laureados com o Prêmio Nobel de medicina ou fisiologia por terem isolado as enzimas de restrição, que são substâncias capazes de cindir o DNA controladamente em pontos precisos. Juntamente com a Ligase, que consegue unir fragmentos de ADN, enzimas de restrição formaram a base inicial da tecnologia.

A era da manipulação genética

Iniciou-se então a era da manipulação de mensagens genéticas expressas em fragmentos de sequências que compõem o código hereditário e os nucleotídeos.

Inserção de informação genética

A partir deste momento a engenharia genética passou a cortar ou modificar as moléculas de DNA, utilizando enzimas específicas. As ligases, enzimas que agem para unir a cadeia fragmentada começaram a ser descobertas e sintetizadas para manipulação genética.

A introdução do DNA nas células

Ver artigo principal: Célula-tronco pluripotente induzida

A introdução de fragmentos de DNA contendo genes de interesse numa célula, só culminará na reprodução da mensagem genética de tal gene, se este estiver contido num vetor de clonagem apropriado. Tais vetores contém sequências de regulação importantes para que a maquinaria celular possa "ler" e "ler corretamente" a informação contida no gene. Os vetores que são responsáveis por este processo, podem ser plasmídios, vírus e outros, também manipulados geneticamente. Como os plasmídios são sequências circulares de DNA, que se reproduzem de forma autónoma e são elementos genéticos extracromossómicos, tornaram-se portanto, ideais para a transmissão de informação genética.

Exemplos de produtos oriundos das técnicas de engenharia genética

• A insulina.
• Os interferonas.
• A interleucina.

Algumas proteínas do sangue:

• A albumina.
• O fator VIII.
• Alguns tipos de ativadores das defesas orgânicas para o tratamento do câncer, como o fator necrosante de tumores.

A criação de vacinas sintéticas contra a pneumonia, meningite e hepatite B.

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.

Controvérsias quanto à nomenclatura

A modificação genética também chamada de manipulação genética são termos preferidos por alguns pesquisadores. Estes afirmam que por serem neutros, tecnicamente é preferível o uso destes ao invés da designação engenharia genética, considerada controversa.

Vários opositores do termo modificação usam a palavra engenharia genética e discutem sobre a manipulação dos genes em combinação com a bioquímica das células, pois pouco se sabe dos danos colaterais ocorridos após a modificação de um organismo.

A relutância de se reconhecer a palavra engenharia tornou-se popular nos movimentos antiglobalização e seguramente na maior parte dos partidos ecológicos em especial na França e na Alemanha. Predomina naquelas regiões uma resistência às políticas agrícolas que utilizam o alimento geneticamente modificado.

Os grupos contrários ao consumo de subprodutos alimentares geneticamente modificados, tendem a resistir ao termo engenharia genética porque a palavra modificação causa um impacto maior.

Aqueles que defendem o termo da engenharia genética afirmam que a pecuária e a agricultura são também formas da engenharia pelo uso da selecção artificial em vez de técnicas de modificação genética moderna.

Não são os políticos que discutem as causas económicas ou cientificas que geram nos seus trabalhos de fiscalizações atentas, são os cientistas. Estes, não objectam o termo modificação genética no que se aplica ao seu trabalho, porém a forma como é substituído o termo engenharia.

Aplicações

Umas das mais conhecidas aplicações da engenharia genética são os organismos geneticamente modificados (OGM).

Existem muitas possíveis aplicações biotecnológicas da modificação genética, por exemplo, vacinas orais produzidas nas frutas. Estas pela simplicidade da sua produção têm baixo custo. Isto representa um desenvolvimento das modificações genéticas para usos médicos e abre uma porta ética para o uso da tecnologia para a modificação de genes humanos.

Uma das maiores ambições de alguns grupos de pesquisadores é a possibilidade da melhoria das capacidades humanas físicas e mentais pelo uso da engenharia molecular.

Engenharia genética e as pesquisas

Ver artigo principal: Nocaute de genes

Apesar da grande evolução da genética nos últimos vinte anos, ainda existe muito para pesquisar. A contar com o projeto de pesquisa do genoma humano e dos genomas de vegetais e animais significativos.

A expansão e barateamento dos processos para as descobertas e os acessos para a informação da compreensão genética tornaram-se uma realidade. Uma imensa quantidade de sequências de nucleótidos já foram divulgadas na Internet e verificadas pelos mais diferentes institutos de pesquisas. Atualmente o maior desafio é elucidar as funções das redes complexas de interacção das proteínas, é conhecer e entender o proteoma dos organismos.

A Engenharia Genética tornou-se valiosa nas pesquisas sobre proteínas, onde se pode utilizar técnicas que permitam:

• A perda de função da proteína, através da deleção ou nocauteamento do gene respectivo desta proteína. Geralmente um gene apenas, do genoma de um organismo, é nocauteado por vez. E preferencialmente este tipo de experimento é feito em organismos simples, unicelulares, onde é mais fácil analisar o fenótipo. Se o organismo com o gene inativado apresentar alguma característica incomum, esta será associada a proteína em estudo. Desta forma é possível determinar e analisar defeitos causados por mutação em proteínas. E pode ser considerado útil porque não causa danos em genes além do que está sendo estudado. Esta técnica é utilizada na determinação da função de uma proteína.

• A localização celular e identificação de interacções duma proteína desejada. Uma forma de fazer isso é substituir um gene selvagem por um gene de fusão, que é o próprio gene teste fusionado a um gene repórter, como o da proteína verde fluorescente (GFP, da sigla em inglês) por exemplo. Assim a visualização desta proteína de fusão, um coloração verde fluorescente permite localizar a proteína em estudo.

Esta técnica é útil, mas a fusão pode alterar algumas funções do gene teste pela criação de efeitos colaterais e tornando questionáveis os resultados da experiência. Técnicas mais sofisticadas permitem a visualização de proteínas com alteração mínima de suas funções.

Polêmicas

Ver artigos principais: Controvérsia sobre alimentos geneticamente modificados, Pró-vida e Poluição genética

Pela sua natureza, o desenvolvimento da engenharia genética convive com problemas legais e éticos. Um dos principais fatores que exigem um controle rígido pela sociedade organizada, e tem gerado polêmicas ético-morais, é a manipulação do genoma de seres vivos com fins eugênicos, ou seja, a de depuração da espécie. Outro caso é a retirada de células-tronco de embriões humanos, principalmente contrariada por religiões, que consideram o ato uma agressão à vida.

Os medicamentos genéticos e a ética

A insulina, tão importante ao enfermos de Diabete, além da interferona, são atualmente possíveis graças aos progressos da engenharia genética e da bioengenharia. Outro assunto polêmico é o uso das células-tronco em pesquisas para tratamentos de doenças degenerativas.

Afirmações pró e contra as técnicas de engenharia genética na Agricultura

Engenheiros genéticos afirmam que a tecnologia de manipulação genética é segura. Dizem alguns que é necessária a fim de manter a produção de alimentos para suprir o crescimento das populações.

Entretanto, outros discutem que o maior problema é a distribuição, e não a produção, pois a fome de parte da população é o resultado da distribuição desigual de alimento e da riqueza. Portanto, não haveria necessidade da produção de alimentos geneticamente modificados.

Outros ainda, afirmam que as modificações genéticas podem ter consequências inesperadas, tanto nos organismos modificados como nos seus ambientes. Os efeitos ecológicos das plantas transgênicas precisariam ser cuidadosamente investigados antes de elas serem liberadas para plantio.

Os activistas Anti-Engenharia Genética dizem que com os conhecimentos atuais de genética, ainda não existe nenhuma maneira de se assegurar que os organismos geneticamente modificados fiquem controlados. Afirmam ainda que o uso desta tecnologia fora de laboratórios tem riscos inaceitáveis para o futuro. Existe o receio de que determinados vegetais geneticamente manipulados reduzirão a biodiversidade no Planeta.

Segundo afirmações ainda, as plantas tóxicas aos insectos significarão não significaram absolutamente nada. Isto poderia resultar no declínio de vários animais selvagens (por exemplo pássaros) que dependem das sementes e/ou dos insectos, como alimento.

Os especialistas das técnicas genéticas enumeram os benefícios que a tecnologia pode ter nas plantas comestíveis. Por exemplo, nas difíceis condições agrícolas dos países em desenvolvimento (também conhecidos como países subdesenvolvidos, ou do Terceiro Mundo). Dizem que, com modificações, as colheitas existentes poderiam prosperar sob as circunstâncias relativamente hostis, fornecendo maiores quantidades de alimento. A ideia do chamado arroz dourado também agrada os peritos, uma variedade geneticamente alterada do arroz, que contém níveis elevados de pro-vitamina A. Existe a esperança que este arroz possa aliviar o défice de vitamina A no Mundo para a morte de milhões de pessoas anualmente.

Os peritos afirmam ainda que as colheitas geneticamente projectadas não são significativamente diferentes daquelas modificadas pela Natureza ou pelos seres humanos no passado, e estas que, pela extensão, são tão seguras ou mesmo mais seguras do que o uso de tais métodos. Apesar de existir certa transferência de genes entre eucariotos e procariotos unicelulares, até agora ainda não houve catástrofes genéticas resultantes disto.

Efeitos políticos e econômicos

Ver artigo principal: Protocolo de Cartagena sobre Biossegurança

Muitos opositores à engenharia genética actual acreditam que a ascensão do uso de OGM em grandes plantações causou uma poderosa inclinação de companhias de produtos agrícolas em companhias de biotecnologia, que ganham poder excessivo sobre a produção de comida, e sobre os agricultores que usam os seus produtos.

Pessoas a favor das técnicas correntes de engenharia genética acreditam que irá diminuir a necessidade do uso de pesticidas e haverá maior produtividade agrícola para muitos agricultores, incluindo até os dos países em desenvolvimento.

Em Abril de 2004, Hugo Chávez baniu totalmente o uso de sementes geneticamente modificadas na Venezuela. Em Janeiro de 2005, o governo da Hungria seguiu, e anunciou que bania a importação e plantação de sementes de milho geneticamente modificadas, apesar de estarem autorizadas pela União Europeia.

Ver também

• Terapia genética
• Controvérsia sobre alimentos geneticamente modificados
• Alimento geneticamente modificado
• Biossegurança
• Transgênese
• Organismos geneticamente modificados
• Biotecnologia
• Biologia sintética
• Bioengenharia
• Engenharia biomédica
• Engenharia de tecidos
• Bioinformática
• Engenharia biológica
• Biorrobótica
• IGEM
• Clonagem
• Biodireito
• Bioética
• Pró-vida
• Biolística
• Transfecção
• Nocaute de genes
• Reação em cadeia da polimerase
• Poluição genética
• Protocolo de Cartagena sobre Biossegurança
• Célula-tronco
• Histórico do estudo do DNA
• Regulação da expressão gênica
• Algoritmo genético
• Genética
• Célula-tronco pluripotente induzida

Bibliografia

1. Richard C. Lewontin, The Doctrine of DNA: Biology as Ideology; Penguin, 1993, ISBN 0-140-23219-2 (em inglês)
2. MARK HENDERSON, 50 Ideias Genética , Leya, 2011 ISBN 9-722-04860-0
3. F. W. Nicholas, Introdução à Genética Veterinária , Artmed, 2012 ISBN 8-536-32668-9
4. Priscila Guimarães Otto, Genética Básica para Veterinária , Rocca, 2006 ISBN 8-572-41632-3
5. Denise Hammerschmidt, Intimidade genética & direito da personalidade , Jurua Editora, 2007 ISBN 8-536-21475-9
6. Anamaria Feijó, Marília Gerhardt de Oliveira, Bioética , EDIPUCRS, 2005 ISBN 8-574-30521-9
7. PRISCILA GUIMARAES OTTO, OSWALDO FROTA-PESSOA, PAULO ALBERTO OTTO, Genética Humana e Clínica , ROCA, ISBN 8-572-41494-0
8. J. Glenn Brookshear, Manual de Genética Médica para Atenção Primária à Saúde, Artmed Editora, 2013 ISBN 8-565-85289-X
9. Francisco M. Salzano, A Genética E A Lei - aplicações à Medicina Legal e à Biologia Social - Edusp, 1983 ISBN 8-585-00809-1
10. Venter,craig, Uma Vida Decodificada, Elsevier Brasil ISBN 8-535-25089-1
11. Kevin Davies, Decifrando o Genoma: a corrida para desvendar o DNA Humano, Companhia das Letras, 2001 ISBN 8-535-90106-X
12. Elio Sgreccia, Manuale di bioetica, Volume 1, Vita e Pensiero, 2007 ISBN 8-834-31290-2 (em italiano)
13. Elio Sgreccia, Manual de bioética: II. aspectos médico-sociais, Edicoes Loyola ISBN 8-515-01284-7
14. Suzana Tavares da Silva, Direito Administrativo Europeu , Imprensa da Univ. de Coimbra ISBN 9-892-60061-4

Ligações externas

• Documentário sobre engenharia genética na indústria de alimentos
• D.O.U. de 12.09.96
• Plantas
• LEI Nº 11.105, DE 24 DE MARÇO DE 2005 - Lei da Biossegurança
• Organismos Geneticamente Modificados
• Decreto-lei n.º 72/2003, de 10 de Abril - Diário da Republica
• Regulamento CE 1829/2003 Parlamento Europeu
• curia
• Directiva 2001/18/CE - Europa
• Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética