Genética

O uso da Biotecnologia na Medicina e Agricultura

É fácil ver como a biotecnologia pode ser usada para fins medicinais. O conhecimento da composição genética de nossa espécie, a base genética das doenças hereditárias e a invenção da tecnologia para manipular e fixar genes mutantes fornecem métodos para tratar doenças. A biotecnologia na agricultura pode aumentar a resistência a doenças, pragas e estresse ambiental para melhorar o rendimento e a qualidade das culturas.

Diagnóstico Genético e Terapia Gênica

O processo de teste de suspeita de defeitos genéticos antes da administração do tratamento é chamado de diagnóstico genético por testes genéticos. Em alguns casos em que uma doença genética está presente na família de um indivíduo, os membros da família podem ser aconselhados a fazer testes genéticos. Por exemplo, mutações no BRCAOs genes podem aumentar a probabilidade de desenvolver câncer de mama e de ovário em mulheres e alguns outros tipos de câncer em mulheres e homens. Uma mulher com câncer de mama pode ser rastreada para essas mutações.

Se uma das mutações de alto risco for encontrada, seus parentes do sexo feminino também podem querer ser rastreados para essa mutação em particular, ou simplesmente ficar mais atentos para a ocorrência de cânceres. O teste genético também é oferecido para fetos (ou embriões com fertilização in vitro) para determinar a presença ou ausência de genes causadores de doenças em famílias com doenças debilitantes específicas.

A terapia genética é uma técnica de engenharia genética que pode um dia ser usada para curar certas doenças genéticas. Em sua forma mais simples, envolve a introdução de um gene não mutado em um local aleatório no genoma para curar uma doença, substituindo uma proteína que pode estar ausente nesses indivíduos por causa de uma mutação genética.

O gene não mutado é normalmente introduzido em células doentes como parte de um vetor transmitido por um vírus, tal como um adenovírus, que pode infectar a célula hospedeira e entregar o DNA estranho no genoma da célula alvo ( Figura ). Até à data, as terapias genéticas têm sido principalmente procedimentos experimentais em humanos. Alguns desses tratamentos experimentais foram bem-sucedidos, mas os métodos podem ser importantes no futuro, à medida que os fatores que limitam seu sucesso sejam resolvidos.

Uma ilustração mostrando um vírus contendo DNA viral combinado com um gene saudável não mutado. O vírus entra na chamada alvo e injeta o gene não mutado no núcleo da célula-alvo.
Este diagrama mostra os passos envolvidos na cura da doença com terapia genética usando um vetor de adenovírus. (crédito: modificação do trabalho pelo NIH)

Produção de Vacinas, Antibióticos e Hormônios

As estratégias tradicionais de vacinação usam formas enfraquecidas ou inativas de microrganismos ou vírus para estimular o sistema imunológico. Técnicas modernas usam genes específicos de microrganismos clonados em vetores e produzidos em massa em bactérias para produzir grandes quantidades de substâncias específicas para estimular o sistema imunológico.

A substância é então usada como vacina. Em alguns casos, como a vacina contra a gripe H1N1, os genes clonados do vírus têm sido usados ​​para combater as variantes em constante mudança desse vírus.

Antibióticos matam bactérias e são naturalmente produzidos por micro-organismos como fungos; a penicilina é talvez o exemplo mais conhecido. Os antibióticos são produzidos em larga escala cultivando e manipulando células fúngicas. As células fúngicas foram tipicamente modificadas geneticamente para melhorar os rendimentos do composto antibiótico.

A tecnologia de DNA recombinante foi usada para produzir quantidades em grande escala do hormônio humano insulina em E. coliem 1978. Anteriormente, só era possível tratar diabetes com insulina de porco, o que causava reações alérgicas em muitos humanos por causa das diferenças na molécula de insulina.

Além disso, o hormônio do crescimento humano (HGH) é usado para tratar distúrbios do crescimento em crianças. O gene HGH foi clonado a partir de uma biblioteca de cDNA (DNA complementar) e inserido em células de E. coli por clonagem em um vetor bacteriano.

Para entender melhor esse assunto veja também:

Animais transgênicos

Embora várias proteínas recombinantes usadas na medicina sejam produzidas com sucesso em bactérias, algumas proteínas precisam de um hospedeiro animal eucariótico para o processamento adequado. Por essa razão, os genes foram clonados e expressos em animais como ovelhas, cabras, galinhas e camundongos. Animais que foram modificados para expressar DNA recombinante são chamados de animais transgênicos ( Figura ).

Uma foto mostra 3 ratos sob luz ultravioleta. Todos os três têm pêlo branco que parece roxo na luz UV. O camundongo médio é não transgênico e não é fluorescente. Os ratos à esquerda e à direita são transgênicos, e seus olhos, orelhas, nariz e cauda ficam verdes sob a luz UV.
Pode ser visto que dois destes ratos são transgênicos porque eles têm um gene que faz com que eles fluorescem sob uma luz UV. O camundongo não transgênico não possui o gene que causa fluorescência. (crédito: Ingrid Moen et al.)

Várias proteínas humanas são expressas no leite de ovinos e caprinos transgênicos. Em um exemplo comercial, o FDA aprovou uma proteína anticoagulante sanguínea que é produzida no leite de cabras transgênicas para uso em humanos. Os ratos têm sido amplamente utilizados para expressar e estudar os efeitos de genes e mutações recombinantes.

Plantas transgênicas

A manipulação do DNA das plantas (criação de organismos geneticamente modificados, ou OGMs) ajudou a criar características desejáveis, como resistência a doenças, resistência a herbicidas e pragas, melhor valor nutricional e melhor prazo de validade ( Figura ). As plantas são a fonte mais importante de alimentos para a população humana. Os agricultores desenvolveram maneiras de selecionar variedades de plantas com características desejáveis ​​muito antes de as práticas modernas de biotecnologia serem estabelecidas.

Uma foto de espigas de milho com sementes de diferentes formas e cores.
O milho, uma importante cultura agrícola usada para criar produtos para uma variedade de indústrias, é freqüentemente modificado através da biotecnologia de plantas. (crédito: Keith Weller, USDA)

As plantas transgênicas receberam DNA de outras espécies. Como eles contêm combinações únicas de genes e não estão restritos ao laboratório, as plantas transgênicas e outros OGMs são monitorados de perto pelas agências governamentais para assegurar que eles sejam adequados para o consumo humano e não ponham em risco outras plantas e animais.

Como genes estranhos podem se espalhar para outras espécies no ambiente, particularmente no pólen e sementes de plantas, testes extensivos são necessários para garantir a estabilidade ecológica. Grampos como milho, batata e tomate foram as primeiras plantas a serem geneticamente modificadas.

Transformação de Plantas Usando Agrobacterium tumefaciens

Nas plantas, os tumores causados ​​pela bactéria Agrobacterium tumefaciens ocorrem por transferência de DNA da bactéria para a planta. A introdução artificial do DNA nas células vegetais é mais desafiadora do que nas células animais devido à parede celular da planta espessa.

Os pesquisadores usaram a transferência natural de DNA de Agrobacterium para uma planta hospedeira para introduzir fragmentos de DNA de sua escolha em hospedeiros de plantas. Na natureza, os A. tumefaciens, causadores de doenças, possuem um conjunto de plasmídeos que contêm genes que se integram ao genoma da célula vegetal infectada. Pesquisadores manipulam os plasmídeos para transportar o fragmento de DNA desejado e inseri-lo no genoma da planta.

O inseticida orgânico Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis (Bt) é uma bactéria que produz cristais de proteína que são tóxicos para muitas espécies de insetos que se alimentam de plantas. Os insetos que ingeriram a toxina Bt param de se alimentar das plantas em poucas horas. Depois que a toxina é ativada nos intestinos dos insetos, a morte ocorre dentro de alguns dias.

Os genes da toxina cristalina foram clonados da bactéria e introduzidos nas plantas, permitindo que as plantas produzam sua própria toxina Bt cristalina que atua contra os insetos. A toxina Bt é segura para o meio ambiente e não tóxica para mamíferos (incluindo seres humanos). Como resultado, foi aprovado para uso por agricultores orgânicos como um inseticida natural. Existe alguma preocupação, entretanto, de que os insetos possam desenvolver resistência à toxina Bt da mesma forma que as bactérias desenvolvem resistência aos antibióticos.

Tomate FlavrSavr

A primeira cultura GM a ser introduzida no mercado foi o Tomate FlavrSavr produzido em 1994. A tecnologia genética molecular foi usada para retardar o processo de amolecimento e apodrecimento causado por infecções fúngicas, o que levou ao aumento da vida útil dos tomates GM. Modificação genética adicional melhorou o sabor deste tomate. O tomate FlavrSavr não ficou com sucesso no mercado por causa de problemas na manutenção e transporte da safra.

Resumo

O teste genético é realizado para identificar genes causadores de doenças e pode ser usado para beneficiar indivíduos afetados e seus parentes que ainda não desenvolveram sintomas da doença. A terapia genética – pela qual genes funcionais são incorporados nos genomas de indivíduos com um gene mutante que não funciona – tem o potencial de curar doenças hereditárias.

Os organismos transgênicos possuem DNA de uma espécie diferente, geralmente gerado por técnicas de clonagem molecular. Vacinas, antibióticos e hormônios são exemplos de produtos obtidos por tecnologia de DNA recombinante. Animais transgênicos foram criados para fins experimentais e alguns são usados ​​para produzir algumas proteínas humanas.

Os genes são inseridos em plantas, usando plasmídeos da bactéria Agrobacterium tumefaciens , que infecta as plantas. Plantas transgênicas foram criadas para melhorar as características das plantas cultivadas – por exemplo, dando-lhes resistência a insetos por meio da inserção de um gene para uma toxina bacteriana.

Glossário

terapia de genes
a técnica usada para curar doenças hereditárias substituindo genes mutantes por genes bons
teste genético
identificando variantes genéticas em um indivíduo que pode levar a uma doença genética naquele indivíduo

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