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Biotecnologia e Engenharia Genética

Autor:
Instituição: E. E. José Dias Pedrosa
Tema: Artigo

BIOTECNOLOGIA E ENGENHARIA GENÉTICA


Neste estudo os alunos devem entender que embora existam especificidades em relação aos mecanismos de reprodução nos organismo, os processos básicos são os mesmos nos níveis moleculares (duplicação do DNA) e celulares (mitose e meiose). Em relação à reprodução, as variações também não são muito grandes, pois a produção de gametas especializados e formação de zigoto, ocorrem tanto no reino animal como vegetal. Os organismos são constituídos por células e possuem DNA, que pode duplicar-se e é responsável pela manutenção das características da espécie, controlando a formação de novas proteínas.

Os alunos deverão desenvolver habilidades como identificar a natureza do material hereditário – DNA – em todos os seres vivos, analisando sua estrutura química, seu processo de duplicação; estabelecer relação entre DNA e o código genético, reconhecendo a sus universalidade, a fabricação de proteínas e determinação das características dos organismos; reconhecer o papel das mutações como fonte primária da diversidade genética, analisando possíveis efeitos sobre o código genético provocados pelos erros na molécula do DNA; avaliar a importância do aspecto econômico envolvido na utilização da manifestação genética em saúde, melhoramento genético, clonagem e transgênicos. Para isso o professor deverá utilizar tabelas para interpretação do código genético, consulta à bibliografias especificas, textos diversificados, discussão sobre patentes e tecnologias do DNA, leituras e produções de textos sobre temas relevantes atuais e polêmicos como clonagem e transgênicos; produção e utilização de organismos geneticamente modificados; tecnologias resultantes da manipulação do DNA; textos que descrevem a técnica de inserção de genes em plasmídeos de bactérias, reconhecendo os benefícios dessa técnica como por exemplo: no aumento da produção de insulina, de plantas resistentes a vírus, verduras e frutas saborosas e duradouras.

Vivemos na era genoma, o tempo das conquistas da genética molecular como: teste de DNA, genoma, clonagem, transgênico e terapia gênica. Os avanços da genética molecular e da indústria genômica vem revolucionando a agropecuária, a indústria de alimentos e produção de medicamentos e vacinas.

A pesquisa genômica começos em 1953, quando o bioquímico norte americano James Dewey Watson e o inglês Francis Harry Compton Crick descreveram a estrutura da molécula de DNA. Em 1973, a engenharia genética foi criada quando os cientistas norte americano Stanley Norman Cohen e Hebert Wayme Boyer tranferiram, pela primeira vez, um gene de uma espécie para outra. Esses pesquisadores inseriram um gene de uma rã no DNA de uma bactéria e depois o reintroduziram na bactéria esse gene modificado, com isso verificaram que ela ao se reproduzir multiplicou o gene do anfíbio.

O termo "biotecnologia" resulta da união de bio (vida) techno (técnica) e logos (estudo). Assim, essa é uma área de estudo das técnicas que utilizam seres vivos para a obtenção de produtos de interesse humano. Essas técnicas resultam na modificação de seres vivos, com determinadas finalidades.

A utilização de microrganismos na produção de alimentos é um dos exemplos mais antigos de biotecnologia. o fermento que transforma uma massa de farinha em pão e as bactérias que produzem vinho e vinagre a partir de frutas são exemplos de técnicas bastante antigas que utilizam seres vivos.

A agricultura e pecuária são atividades humanas mais antigas a desenvolverem biotecnologia, na seleção de espécies de melhor cultivo/criação. Ao selecionar as sementes dos frutos mais doces, ou o boi mais forte do rebanho para a reprodução, o ser humano está promovendo um "melhoramento genético", ou seja, escolhendo, dentre diversos fenótipos, aqueles que suprem os seus objetivos. Depois de muitas gerações, pode-se obter variedades dentro de uma espécie que certamente não existiram naturalmente. É o caso de muitos vegetais que consumimos: seus parentes selvagens geralmente não possuem folhas ou frutos tão grandes e vistosos.

Atualmente, além de seleção por meio dos cruzamentos, o ser humano consegue modificar as características de um indivíduo alterando diretamente seus genes. Essas modificações, produzidas em laboratório, podem gerar indivíduos com fenótipos diferentes, portanto características de interesse. O conjunto de técnicas que permitem a manipulação de genes e alteração de seres vivos é chamado de Engenharia Genética. Exemplo: a produção de organismos geneticamente modificados (transgênicos), o projeto genoma, a terapia gênica e as técnicas de clonagem.

Através dessas técnicas é possível mapear os genes nos cromossomos e saber a sua localidade e também determinar a seqüência de suas bases nitrogenadas. Essas informações possibilitam identificar genes que causam doenças genéticas (deletérios) e que pode ser transmitidos a seus descendentes.

Organismos geneticamente modificados (OGMs)

Os organismos geneticamente modificados ou transgênicos são os que possuem em seu DNA fragmentos de DNA de indivíduos de outra espécie.

Essa manipulação genética depende de enzimas obtidas de bactérias capazes de "cortar" gerando fragmentos. Nas bactérias, essas enzimas exercem um importante papel de defesa, fragmentando DNA de vírus que as parasitam. Hoje em dia, as enzimas de restrição, como são chamadas, são utilizadas em todos os laboratórios de biologia molecular do mundo, para isolar e obter genes de interesse.

Além das enzimas de restrição, existem as enzimas "DNA ligases", que promovem a união entre fragmentos de DNA, unindo o gene de interesse no material genético de outra célula. Essa "troca" de genes pode ocorrer até entre células de indivíduos de espécies diferentes, pois o código genético, constituído de seqüências de nucleotídeos A, T,C e G, é o mesmo para todos os seres vivos.

O material genético que recebe genes provenientes de outros organismos é chamado de DNA recombinante.

Assim, já existem bactérias transgênicas sintetizando insulina humana, utilizada sob orientação médica por indivíduos diabéticos. Muitos vegetais transgênicos têm sido produzido para criar variedades resistentes a pragas, a geadas ou à aplicação de pesticidas na lavoura.

Diversos produtos farmacêuticos recombinantes já estão nas prateleiras das farmácias consumidos por milhões de pessoas em todo o mundo. A insulina para combater a diabete; hormônios do crescimento para tratamento de um tipo de nanismo; intérferon, usado no tratamento de leucemias e tumores; interleuciona-2 que aumenta a resistência às infecções; ativador tecidual do plasminogênio para dissolver coágulos de sangue; eritropoetina, contra certos tipos de anemia; muromonab CD3, para evitar a rejeição de transplantes renais; vacina recombinate, contra hepatite B. A utilização dessas vacinas traz como vantagens: dispensam refrigeração em sua estocagem, são utilizadas em dose única porque há contínua duplicação e tradução dos genes do agente patogênico, por isso há permanente produção de antígenos que estimulam o sistema imunológico do hospedeiro a produzir anticorpos.

As técnicas de produção de organismos geneticamente modificados (transgênicos) são variadas. Muitas delas utilizam microrganismos, como vírus ou bactérias, para transmitir os genes à célula hospedeira, o vírus ou a bactéria parasita insere também os genes de interesse. Nos processo de síntese protéica, esses genes codificam a produção de proteínas diferentes.

Plantas transgênicas

Uma planta transgênica é criada com o objetivo de melhorar a qualidade de seus frutos (sabor, textura ou durabilidade), tornar-se resistentes às pragas ou produzir proteínas que antes não era capaz. A transgenia permitiu a criação de tomateiros cujos frutos passam mais tempo amadurecendo no pe´, tornando-se mais saborosos; de algodoeiros cujas folhas se tornaram implacáveis para os insetos e outros predadores; de pés de milho cujas sementes produzem hormônios de crescimento humano.

Atualmente, temos soja, milho e chicória tolerantes a herbicidas, batatas imunes a insetos e abobaras resistentes a vírus.

- Produção de plantas transgênicas: feita através do método da infecção e o método do bombardeamento por microcanhão.

No método da infecção são utilizados discos de folhas cortadas e incubadas com agrobactérias que possuem o plasmídeo recombinante. Somente as células vegetais que incorporarem o plasmídeo recombinante sobrevivem, proliferam e formam o embrião que, sob condições específicas de laboratório origina o "broto vegetal" que enraíza e cresce, transformando-se numa planta transgênica. Esse método só funciona em plantas.

- Método de bombardeamento por microcanhão – o gene de interesse econômico é acoplado à superfície de uma micropartícula dde metal (ouro ou tungstênio) que é disparado por um microcanhão contra as células e os tecidos vivos dos vegetais. A micropartículas penetram nas células alojam-se no citoplasma, no núcleo ou nas organelas e depois separam-se da partícula de metal por ação dos líquidos celulares e é incorporado ao DNA da célula, que se torna transgênica. Esse método funciona em plantas e animais.

A soja transgênica tolerante ao glifosato ocupa 62% da área cultivada nos Estados Unidos e na Argentina 46% da áreas cultivada mundialmente é com soja transgênica.

Alimentos transgênicos – Em 1986 as primeiras plantas geneticamente modificadas foram testadas, mas só em 1994 foi comercializado o primeiro produto agrícola transgênico, o tomate longa vida, de maturação lenta, servidos à mesa dos norte americanos. Não só o tomate como também a batata, soja e melão. Atualmente eles utilizam mais de 600 produtos transgênicos.

Os alimentos transgênicos são seguros? – Eis a questão que ser debatida pela sociedade, pois o que está em jogo é a saúde da população. A Organização Mundial de Saúde opinou que os organismos geneticamente modificados (OGM) foram monitorados de forma adequada quanto ao seu risco e não constituem risco para a saúde humana, mas os ambientalistas contra-atacam afirmando que a soja com genes da castanha-do-pará provocou alergia em pessoas que nunca haviam comido castanha-do-pará.

Existem diversos alimentos (biscoitos e chocolates) comercializados no Brasil, que possuem transgênicos e estão na prateleiras dos supermercados, pois, pelo Decreto 3871/01, são aceitáveis taxas de até 4% de mistura com transgênicos.

Projeto Genoma

Chama-se genoma ao conjunto de todos os genes encontrados nas células de um organismo. O genoma de um ser vivo é, na verdade, uma seqüência de nucleotídeos, correspondentes a todos os cromossomos encontrados em suas células somáticas.

Em 1999, cientistas de todo mundo, trabalhando em parcerias, já haviam concluído o seqüenciamento de mais de 20 genomas, como o de algumas espécies de bactérias, de um verme nematóide e da mosca-das-frutas (droofilas).

No ano de 2000, uma equipe de cientistas brasileiros concluiu o seqüenciamento do genoma da bactéria da espécie Xilella fastidiosa, parasita de células vegetais que causa a doença conhecida como "amarelinho", uma praga em plantações de laranjeiras. Com o conhecimento do genoma dessa bactéria, pretende-se descobrir maneiras de acabar com a praga usando a engenharia genética, diminuindo o uso de pesticidas.

Em outubro de 1990, teve início o Projeto Genoma Humano (PGH), que contou com o apoio de instituições publicas e particulares de vários paises, inclusive do Brasil. O genoma humano é um código químico constituído por bases nitrogenadas que conte todas as instruções da vida. O homem possui 30 mil genes constituídos por 3,2 bilhões de pares de bases nitrogenadas, dos quais apenas 0,01% são diferentes entre as pessoas.

Cerca de 95% do DNA das células humanas é chamado de "DNA-lixo", pois suas seqüências não correspondem a genes. No entanto, esse termo pode passar a impressão de que a maior parte do DNA humano não tem função; o mais correto seria afirmar que os cientistas ainda não compreenderam sua função.

Conhecer o genoma humano pode ajudar a entender a transmissão hereditária de características, a variabilidade de certos caracteres dentro da espécie humana e até questões de parentesco evolutivo entre espécies.

Terapia gênica

O conhecimento do genoma humano e os avanços das técnicas para a manipulação de genes têm permitido o desenvolvimento da terapia gênica.

A terapia gênica consiste no tratamento de doenças causada por apenas um alelo de um único gene, pela introdução do alelo normal nas células somáticas portadoras do alelo que causa a doenças. Essa modificação é feita em laboratório (in vitro) e depois as células modificadas são novamente inseridas no individuo, que passa a expressar o fenótipo normal. As células que expressam o gene da doença e que não forma retiradas para a modificação são destruídas, para não prejudicar o efeito da terapia.

Embora ainda esteja na fase inicial, a medicina genética já oferece diversos serviços à sociedade, como o exame de paternidade, determinação da árvore genealógica, banco de células umbilicais para tratamento de leucemia, triagem molecular, testes genéticos, diagnóstico sexual, exames cardiovasculares e medicamentos inteligentes. Mas infelizmente, para algumas doenças como a fenilcetonúria (detectada através do teste do pezinho) dispomos apenas do aconselhamentos genético.

Clonagem

A clonagem pode ser entendida como obtenção de indivíduos ou de estruturas idênticas ao que foi selecionado.

A clonagem de indivíduos é feita normalmente por tecnologia de reprodução, que é um processo bem diferente da clonagem de fragmentos de DNA, obtida por tecnologia de engenharia genética.

No caso de clonagem de DNA, feita por tecnologia de engenharia genética, o objetivo é a produção de copias idênticas de um determinado trecho de DNA, especialmente selecionado.

A obtenção de clones de indivíduos inteiros é processo relativamente simples em vegetais. É possível obter indivíduos idênticos a partir de um original, selecionando-se células que mantêm características embrionárias mesmo na planta adulta.

Em animais, a obtenção de clones pelo processo de reprodução não é um procedimento recente. Após a fecundação, o ovo divide-se sucessivamente por mitose, no processo inicial do desenvolvimento embrionário. Logo no início, quando ainda são poucas as células resultantes da mitose, é possível separá-las e implantá-las no útero de diferentes fêmeas. Essa células podem multiplicar-se e desenvolver-se, assim, serão gerados filhotes idênticos: são clones, verdadeiros irmãos gêmeos univitalinos, em grande quantidade!

Atualmente, tem sido possível a clonagem a partir de células de indivíduos adultos. A ovelha Dolly foi o primeiro caso de animal clonado dessa maneira.

Exames de DNA. Como é feito o exame de DNA?

O teste de DNA pode ser feito com qualquer célula que possua núcleo, sendo mais comum com os glóbulos brancos do sangue, da mucosa oral (saliva) da raiz do cabelo e do sêmen.

Quando o Dna genômico é extraído de um glóbulo branco e cortado com enzimas de restrição, produz fragmentos com tamanhos variáveis que são separados por eletroforese. A seguir, aplica-se a técnica de Soutern, cuja analise revela a quantidade e os tamanhos dos fragmentos que se ligam à sonda do DNA minissatélite durante a etapa de hibridização. O conjunto de fragmentos obtidos por auto-radiografia mostra uma escala de bandas que determinam a impressão digital genética do individuo. É amplamente usado em testes de paternidade, investigações policiais e investigações em cadáveres.

Neste estudo a avaliação deve ser formativa para indicar os avanços e as dificuldades que são se manifestando ao longo do processo, através de situações problemáticas interessantes em que os estudantes produzam textos argumentativos em grupo, apresentem painéis contendo dados sobre o tema ou entrevista com especialista. Por exemplo, no tema hereditariedade – vida e seus códigos as atividades como leitura e produção de textos sobre clonagem, transgênicos, células tronco são recomendadas.

Uma situação de avaliação pode ser a realização de entrevistas com especialistas sobre alguns pontos como: animais transgênicos como fornecedores de órgãos e tecidos, incluindo aspectos de bioética e terapia de célula tronco, complementada com a elaboração de reportagem relatando e analisando a entrevista.

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