Genética

O que é DNA recombinante: como funciona

A biotecnologia é um processo industrial que utiliza a pesquisa científica em DNA para benefícios práticos. A biotecnologia é sinônimo de engenharia genética porque os genes de um organismo são alterados durante o processo e o DNA do organismo é recombinado. O DNA recombinante e a biotecnologia podem ser usados ​​para formar proteínas normalmente não produzidas em uma célula. Além disso, as bactérias que carregam o DNA recombinante podem ser liberadas no ambiente para aumentar a fertilidade do solo, servir como um inseticida ou aliviar a poluição.

A tecnologia do DNA recombinante tornou-se possível, em parte, pela extensa pesquisa sobre micro-organismos durante o último século. Um microrganismo importante na pesquisa de DNA recombinante é  Escherichia coli (E. coli) . A bioquímica e a genética da E. coli  são bem conhecidas e seu DNA foi isolado e feito para aceitar novos genes. O DNA pode então ser forçado a entrar em células frescas de  E. coli , e as bactérias começarão a produzir as proteínas especificadas pelos genes estranhos. Dizem que essas bactérias alteradas foram transformadas.

O interesse em DNA recombinante e biotecnologia aumentou consideravelmente nas décadas de 1960 e 1970, com a descoberta de enzimas de  restrição.  Essas enzimas catalisam a abertura de uma molécula de DNA em um ponto “restrito”, independentemente da fonte do DNA. Além disso, certas enzimas de restrição deixam as extremidades pendentes das moléculas de DNA no ponto em que o DNA está aberto. (A enzima de restrição mais comumente usada é denominada Eco RI.) O DNA estranho pode então ser combinado com o DNA carreador nesse ponto. Uma enzima chamada  DNA ligase  é usada para formar uma ligação permanente entre as extremidades pendentes das moléculas de DNA no ponto de união (Figura  1  ).

figura 1
A produção de uma bactéria recombinada usando um gene de um doador estranho e a síntese de proteína codificada pela molécula de DNA recombinante .Os genes usados ​​na tecnologia do DNA são comumente obtidos de células hospedeiras ou organismos chamados de  bibliotecas de genes.  Uma biblioteca de genes é uma coleção de células identificadas como portadoras de um gene específico. Por exemplo, as   células de E. coli podem ser armazenadas com os genes da insulina humana nos seus cromossomas.Produtos farmacêuticos.  Defeitos genéticos em humanos podem levar a deficiências em proteínas como a insulina, o hormônio de crescimento humano e o Fator VIII. Essas deficiências de proteína podem levar a problemas como diabetes, nanismo e coagulação do sangue prejudicada, respectivamente.As proteínas ausentes podem agora ser substituídas por proteínas fabricadas através da biotecnologia. Para   produção de insulina , duas cadeias proteicas são codificadas por genes separados em plasmídeos inseridos em bactérias. As cadeias de proteínas são então quimicamente unidas para formar o produto final da insulina. O hormônio do crescimento humano  também é produzido dentro das bactérias, mas técnicas especiais são usadas porque as bactérias geralmente não produzem proteínas humanas. As proteínas terapêuticas produzidas pela biotecnologia incluem uma proteína de dissolução de coágulo chamada ativador do plasminogênio tecidular (TPA)  e  interferão.  Esta proteína antiviral é produzida em   células de E. coli . O interferon é usado atualmente contra certos tipos de câncer e para determinadas condições da pele.https://youtu.be/vHu8M3_pFTQ

As vacinas  representam outra aplicação da tecnologia de DNA recombinante. Por exemplo, a vacina contra hepatite B atualmente em uso é composta de proteína viral produzida por células de levedura, que foram recombinadas com genes virais. A vacina é segura porque não contém partículas virais. Vacinas experimentais contra a AIDS estão sendo produzidas da mesma maneira.

Teste de diagnóstico.  O DNA recombinante e a biotecnologia abriram uma nova era de testes diagnósticos e tornaram possíveis a detecção de muitas doenças genéticas. A ferramenta básica das análises de DNA é um fragmento de DNA chamado sonda de DNA.

Uma  sonda de DNA  é um fragmento de DNA de cadeia simples relativamente pequeno que reconhece e se liga a uma seção complementar de DNA em uma mistura complexa de moléculas de DNA. A sonda mistura-se com a mistura de DNA e une-se ao DNA alvo da mesma forma que a mão esquerda se une à direita. Uma vez que a sonda se une ao seu alvo, emite um sinal como a radioatividade para indicar que ocorreu uma reação.

Para trabalhar efetivamente, uma quantidade suficientemente grande de DNA alvo deve estar disponível. Para aumentar a quantidade de DNA disponível, um processo chamado reação em cadeia da  polimerase (PCR)  é usado.

Em uma máquina altamente automatizada, o DNA alvo é combinado com enzimas, nucleotídeos e um DNA primer. De maneira geométrica, as enzimas sintetizam cópias do DNA alvo, de modo que em poucas horas bilhões de moléculas de DNA existem onde apenas algumas poucas existiam antes.

Usando sondas de DNA e PCR, os cientistas agora são capazes de detectar o DNA associado ao HIV (e AIDS), doença de Lyme e doenças genéticas, como fibrose cística, distrofia muscular, doença de Huntington e síndrome do X frágil.

Terapia de genes. A terapia gênica  é um processo de DNA recombinante no qual as células são retiradas do paciente, alteradas pela adição de genes e substituídas no paciente, onde os genes fornecem os códigos genéticos para as proteínas que o paciente não possui.

No início dos anos 90, a terapia gênica foi usada para corrigir uma deficiência da enzima adenosina desaminase (ADA).  As células do sangue chamadas linfócitos foram removidas da medula óssea de duas crianças; então os genes para a produção de ADA foram inseridos nas células usando vírus como vetores. Finalmente, as células foram reinfundidas nos corpos das duas crianças. Uma vez estabelecidos nos corpos, as células alteradas pelo gene começaram a sintetizar a enzima ADA e a aliviar a deficiência.

Terapia gênica também foi realizada com pacientes com  melanoma  (um câncer de pele virulento). Neste caso, os linfócitos que normalmente atacam os tumores são isolados nos pacientes e tratados com genes para uma proteína anticâncer denominada  fator de necrose tumoral. 

Os linfócitos genealógicos são então reinfundidos para os pacientes, onde eles produzem a nova proteína que ajuda a destruir as células cancerígenas. Acredita-se que existam aproximadamente 2000 defeitos de genes únicos, e os pacientes com esses defeitos podem ser candidatos à terapia genética.

DNA fingerprinting.  O uso de sondas de DNA e o desenvolvimento de técnicas de recuperação tornaram possível combinar moléculas de DNA umas com as outras para fins de identificação. Este processo foi usado em um procedimento forense chamado  fingerprinting de DNA.

O uso de impressão digital de DNA depende da presença de sequências de bases repetitivas que existem no genoma humano. As sequências repetidas são chamadas de  polimorfismos de comprimento de fragmentos de restrição (RFLPs). Como o padrão de RFLPs é único para cada indivíduo, ele pode ser usado como uma impressão digital molecular. Para realizar a impressão digital do DNA, o DNA é obtido a partir das células do sangue, fibras do cabelo, fragmentos da pele ou outros tecidos do indivíduo. O DNA é extraído das células e digerido com enzimas.

Os fragmentos resultantes são separados por um processo chamado eletroforese. Estes fragmentos de DNA separados são testados para RFLPs característicos utilizando sondas de DNA. Uma avaliação estatística permite ao patologista forense comparar o DNA de um suspeito com o DNA recuperado em uma cena de crime e afirmar com certo grau de certeza (geralmente 99%) que o suspeito estava na cena do crime.

DNA e agricultura.  Embora as plantas sejam mais difíceis de trabalhar do que as bactérias, as inserções dos genes podem ser transformadas em células vegetais individuais, e as células podem então ser cultivadas para formar uma planta madura. O principal método para inserir genes é através dos plasmídeos de uma bactéria chamada  Agrobacterium tumefaciens .

Esta bactéria invade células vegetais e seus plasmídeos se inserem em cromossomos de plantas carregando os genes para a indução de tumores. Os cientistas removem os genes indutores de tumor e obtêm um plasmídeo que se une à célula vegetal sem causar nenhum dano.

O DNA recombinante e a biotecnologia têm sido usados ​​para aumentar a eficiência do crescimento das plantas, aumentando a eficiência da capacidade da planta de fixar nitrogênio. Os cientistas obtiveram os genes para fixação de nitrogênio a partir de bactérias e incorporaram esses genes nas células das plantas. Ao obter nitrogênio diretamente da atmosfera, as plantas podem sintetizar suas próprias proteínas sem a intervenção de bactérias como normalmente necessário.

A tecnologia de DNA também tem sido usada para aumentar a resistência das plantas às doenças. Os genes para um inseticida foram obtidos da bactéria  Bacillus thuringiensis  e inseridos em plantas para permitir que eles resistam a lagartas e outras pragas. Além disso, as plantas foram reprojetadas para produzir a proteína do capsídeo que envolve os vírus. Estas proteínas conferem resistência às plantas contra a doença viral.

O genoma humano . Um dos empreendimentos científicos mais ambiciosos do século XX foi o esforço para sequenciar as bases nitrogenadas no  genoma humano . Iniciado em 1990 e concluído em 2003, o esforço abrangeu 13 anos de trabalho a um custo de aproximadamente US $ 3 bilhões.

Conhecer o conteúdo do genoma humano está ajudando os pesquisadores a desenvolver novos diagnósticos e tratamentos para doenças genéticas e também será de valor para biólogos do desenvolvimento, biólogos evolucionistas e biólogos comparativos.

Além de aprender o genoma humano, o projeto também estudou numerosas bactérias. Em 1995, os genomas de duas bactérias haviam sido completamente decifrados ( Haemophilus influenzae  e Mycoplasma genitalium ) e, em 1996, o genoma da levedura Saccharomyces cerevisiae  era conhecido. O Projeto Genoma Humano é de uma magnitude colossal que terá um impacto em muitos ramos da ciência nas próximas décadas. O projeto continua a ser a maior conquista da pesquisa de DNA no século XX e a base da pesquisa no século XXI.

Referência:

Você gostar de ver isso

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Close
Close