Introdução 

 

   

   

 

    A Engenharia Genética é uma área relativamente recente, mas com um impacto crescente na pesquisa médica e farmacêutica, produção agrícola e pesquisa fundamental. Actualmente, assiste-se a um grande desenvolvimento na produção e aplicação de uma vasta variedade de novos produtos biológicos, que não seria possível sem as técnicas da biologia molecular e, em particular, da Engenharia Genética.   

    No campo da medicina, o desenvolvimento da Engenharia Genética permitiu a produção de hormonas, vacinas e anticorpos recombinantes e a utilização de técnicas moleculares no diagnóstico de doenças genéticas e no estudo de doenças de grande impacto como o cancro e a SIDA. Na área da produção agrícola, tem sido possível criar plantas e animais com características novas, mais adaptados às limitações das condições de produção e mais produtivos.       

                                                                                                                                                                                                                                O objectivo da abordagem deste tema é a compreensão da tecnologia e biologia molecular básicas subjacentes à Engenharia Genética e a percepção das potencialidades e implicações da utilização desta tecnologia.

 

 

                     História da Engenharia genética

 

Oswald T. Avery em 1944, descobriu que o ácido desoxirribonucleico (DNA) é o componente cromossómico 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 bacteriana. Esta foi a primeira experiência bem sucedida onde foram ligadas duas cadeias genéticas diferentes, e que é considerada por muitos autores o início da criação sintética de produtos de engenharia genética.

 

 Em 1978, ao suíço Werner Arber e aos norte-americanos Daniel Nathans e Hamilton O. Smith foi atribuído o Prémio 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 do ADN recombinante.

 

 

 

            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 nucleótidos.

 

 

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

 

A introdução de fragmentos de DNA que possuem genes com interesse numa célula, só culminará na reprodução da mensagem genética de tal gene, se este estiver contido num vector de clonagem apropriado. Tais vectores contém sequências de regulação importantes para que a maquinaria celular possa "ler" e "ler correctamente" a informação contida no gene. Os vectores 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.

 

 

        TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE -rDNA

 

Permite combinar na mesma molécula de DNA genes provenientes de

fontes diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante

(rDNA).

 

Esta técnica baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as

enzimas de restrição, as ligases e os vectores.

 

As enzimas de restrição reconhecem determinadas sequências de DNA

e cortam a molécula nesses locais. As zonas de restrição correspondem a

sequências de DNA curtas e simétricas que se lêem da mesma forma nas

duas cadeias na direcção 5'-3'.

 

As ligases promovem a ligação entre as extremidades coesivas.

 

O vector é uma entidade, constituída por DNA, que transfere o DNA de

uma célula ou de um organismo dador para uma célula ou organismo

receptor. Os vectores mais utilizados são os plasmídeos e os bacteriófagos.

 

 

                   TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE -rDNA

 

A actividade das enzimas de restrição dá origem a fragmentos de DNA em dupla hélice com extremidades em cadeia simples.

 

Aos fragmentos de DNA que resultam da actividade das enzimas de restrição chamam-se fragmentos de restrição e as extremidades em cadeia simples chamam-se extremidades coesivas.

 

 

  

                    DNA complementar-cDNA

 

O cDNA é uma molécula de DNA sem intrões que é directamente transcrita

Numa molécula de mRNA funcional.O processo de obtenção de cDNA é o seguinte:

1-Isola-se uma molécula mRNA funcional das células.

2-Adiciona-se transcriptase reversa e nucleótidos livres.

A transcriptase reversa cataliza a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de mRNA.

3-Junta-se:

• Uma enzima que degrada o mRNA que serviu de molde;

• DNA polimerase que cataliza a formação da cadeia complementar do DNA.

 

 

 

 

                    Reacções de polimerização em cadeia-PCR

 

            O PCR é uma técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora

das células. Consta das seguintes etapas:

1 -0 fragmento de DNA a amplificar é aquecido de modo a separar as duas cadeias da dupla hélice.

2 -Adicionam-se nucleótidos livres e DNA polimerase resistente ao calor (obtida a partir de microrganismos termófilos). A DNA polimerase cataliza a formação das cadeias complementares reconstituindo a dupla hélice.

3 –O procedimento é repetido e em cada ciclo a quantidade de DNA duplica.

Esta técnica permite a obtenção de biliões de cópias de uma porção de DNA em poucas horas e é executada por aparelhos.

 

 

  

                 DNA Fingerprint ou impressões digitais genéticas

 

    No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição.

    Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos cujas dimensões e composição em nucleótidos variam de pessoa para pessoa.

    Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de modo diferente quando submetidos a electroforese e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.

 

                 Separação de fragmentos de DNA por electroforese

             

              

                

                    POTENCIALIDADES DA TÉCNICA DO DNA FINGERPRINT

               

                    

Em qual dos casos se exclui a paternidade?

 

 

  

                    Aplicações das técnicas de Engenharia Genética

 

 

DNA recombinante (rDNA)

 

• Investigação fundamental: torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.
• Obtenção de organismos geneticamente modificados(OGM): os OGM são organismos em cujo genoma foram introduzidos genes que conferem características vantajosas.

• Os OGM são utilizados para:

-Produção de alimentos em maior quantidade e qualidade: variedades de arroz com maior valor nutritivo, milho resistente aos herbicidas, batatas com mais amido.

-Produção de grandes quantidades de substâncias com aplicação médica ou farmacêutica como a insulina, hormona do crescimento ou factores de coagulação sanguínea.

-Produção de substâncias com aplicação industrial: o corante índigo dos jeans é produzido por estirpes de E.coli geneticamente modificadas.

-Biorremediação:é possível modificar organismos no sentido de degradarem poluentes.

 

 

 

DNA complementar (cDNA)

 

Obtenção de cópias de genes que codificam produtos com interesse: torna possível a produção de proteínas humanas por procariontes que podem ser cultivados facilmente.

 

 

Polimerização por reacção em cadeia (PCR)

 

Obtenção de grandes quantidades de DNA em pouco tempo: a partir de uma quantidade muito pequena. Esse DNA pode ser posteriormente utilizado em técnicas de recombinação de DNA ou em fingerprint.

 

 

DNAfingerprint

 

Investigação criminal, forense e histórica: a técnica permite partir de material biológico deixado num local (cabelo,sangue,esperma...) e compará-lo com o dos suspeitos; permite a identificação de cadáveres.

Determinação de paternidade:a comparação das impressões digitais genéticas dos progenitores e do descendente permite excluir a paternidade ou confirmá-la com um elevado grau de certeza.

 

 

                   Exemplos de produtos obtidos através das técnicas de engenharia genética

 

• A insulina, hormona produzida pelo pâncreas reguladora da glicemia (concentração de glicose no sangue).
• O interferão , proteína produzida pelas células de todos os animais vertebrados e por alguns invertebrados para defendê-lo de agentes externos como vírus, bactérias e células de tumores..
• As interleucina,  proteínas naturais produzidas principalmente por células T.
• Hormonas diversas (insulina e hormona do crescimento),
•  vacinas,
•  anticorpos e anticoagulantes

• Algumas proteínas do sangue:

-A albumina.

-O factor VIII.

• Alguns tipos de activadores das defesas orgânicas para o tratamento do cancro, como o factor necrosante de tumores.

 

 

 

                    Polémicas

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

 

                   Os medicamentos genéticos e a ética

 

A insulina, tão importante aos doentes da Diabetes, além do interferão, são actualmente possíveis graças aos progressos da engenharia genética e da bioengenharia. Outro assunto polémico é o uso das células estaminais em pesquisas para tratamentos de doenças degenerativas.

 

                 Afirmações a favor 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, podendo tanto nos organismos modificados como nos seus ambientes. Os efeitos ecológicos das plantas transgénicas precisariam ser cuidadosamente investigados antes de serem liberados para plantio.

Os activistas Anti-Engenharia Genética dizem que com os conhecimentos actuais 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 não significarão 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 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 eucariontes procariontes unicelulares, até agora ainda não houve catástrofes genéticas resultantes disto.

 

 

                   Efeitos políticos e económicos

 

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 vai 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 terem sido autorizadas pela união Europeia.