O que é biotecnologia

Afinal, o que é biotecnologia? Biotecnologia é um conjunto de técnicas que envolvem a manipulação do material genético de seres vivos, com fins industriais ou medicinais. A palavra está associada principalmente a atividades relacionadas à engenharia genética.Muitos produtos conhecidos do nosso dia a dia foram desenvolvidos por tais técnicas. Você poderia citar alguns deles?

DNA, o livro de receitas’

Os ácidos nucleicos foram isolados em 1869, e no início de 1930 os termos desoxirribonucleico (DNA) e ribonucleico (RNA) passaram a ser utilizados, pois suas estruturas químicas se tornaram conhecidas.

Trabalhando na Universidade de Cambridge, em 1953, o inglês Francis Crick e o norte-americano James Watson, juntando informações das imagens obtidas por Rosalind Franklin em pesquisas realizadas anteriormente, desvendaram a estrutura do DNA. Baseados em imagens da molécula, obtidas por difração de raios X e dados sobre sua composição, eles propuseram o modelo da estrutura em dupla-hélice do DNA. Por esse trabalho receberam o prêmio Nobel de Medicina em 1962.

Vale a pena ressaltar que caracterizar a estrutura do DNA teria sido impossível não fossem os trabalhos de Rosalind Franklin (1920-1958), uma biofísica britânica que já havia obtido imagens da molécula de DNA, e de Maurice Wilkins, um biofísico inglês que fez preparações de amostras de DNA para a difração muito superiores àquelas que já haviam sido feitas até então.

As bases nitrogenadas do DNA representam um “alfabeto” químico de apenas quatro letras que, combinadas de modos diferentes, compõem um guia específico para cada indivíduo com as orientações para a síntese de todas as suas proteínas.

As descobertas da genética molecular posteriores ao conhecimento da molécula do DNA, principalmente as técnicas de sua manipulação, permitiram o desenvolvimento do que se convencionou chamar de engenharia genética. Um exemplo é a inserção de genes de uma espécie na célula de outra, que passa a produzir um novo tipo de proteína.

Utilizando técnicas como a recombinação do DNA descrita anteriormente e a clonagem, a engenharia genética abre novos horizontes, principalmente para a Medicina, uma vez que poderá permitir a produção de remédios personalizados e também o conhecimento e controle dos genes que produzem doenças hereditárias, além de amplas possibilidades no campo da microbiologia industrial e agrícola.

Essas técnicas têm permitido o melhoramento de espécies vegetais economicamente importantes, além do controle de doenças e pragas. Plantas obtidas de culturas de tecidos a partir de células ou embriões geneticamente melhorados tornam-se mais produtivas, podem crescer mais rápido ou se tornar mais resistentes a pragas, portanto mais adaptáveis a diferentes condições de clima e de solo.

Já foram localizados os cromossomos e os genes responsáveis por muitas doenças hereditárias que afetam a espécie humana, como a hemofilia, a distrofia  muscular progressiva e outras.

Veja também: Resumo de bioteconologia para o Enem

O DNA recombinante

A tecnologia de manipulação do material genético já está tão desenvolvida que, depois de examinar mais de 200 múmias de 9 mil anos do Peru e do Chile, um grupo de cientistas de vários países conseguiu, recentemente, localizar e extrair amostras de DNA do Trypanosoma cruzi, protozoário causador da doença de Chagas, revelando inclusive a existência da doença em populações tão antigas.

Depois de descobertas as endonucleases de restrição, enzimas que reconhecem e “cortam” sequencias curtas de bases nitrogenadas do DNA, é que foram obtidas as primeiras moléculas de DNA recombinante para serem introduzidas em células receptoras.

A técnica do DNA recombinante consiste em extrair de bactérias os seus plasmídios, ou seja, pequenos anéis de DNA espalhados no citoplasma. Com as enzimas de restrição, retiram-se dos plasmídios trechos de DNA, que serão substituídos por segmentos de um DNA estranho, cujas sequencias de bases são conhecidas. Esses segmentos são fundidos aos plasmídios por meio de enzimas chamadas ligases.

o que é biotecnologia

Dessa forma, dizemos que a bactéria foi modificada geneticamente, pois o seu DNA recombinante ou plasmídio – quimera apresenta características de duas espécies diferentes.

Em 1976, uma empresa de engenharia genética conseguiu produzir uma proteína humana, a insulina, por meio de uma bactéria geneticamente modificada. Utilizada no controle do diabetes, essa insulina é, hoje, amplamente comercializada.

Tesouras químicas

As enzimas de restrição ou endonucleases de restrição, descobertas no início da década de 1970, são capazes de cortar a molécula de DNA em determinados pontos, de modo controlável.

Elas são encontradas em certas bactérias que as produzem contra infecções virais. Quando infectadas por um vírus de DNA, por exemplo, as bactérias o reconhecem como estranho e utilizam as enzimas de restrição para cortá-lo em muitos pedaços. O nome restrição dado a tais enzimas se deve ao fato de elas restringirem ou impedirem a multiplicação dos vírus.

Essas enzimas reconhecem os sítios de restrição, que são determinadas seqüências do DNA, variando entre quatro e seis nucleotídeos. Nesses pontos é que elas provocam a quebra da molécula. Entretanto, o DNA das bactérias não é quebrado, porque os seus sítios de restrição se acham protegidos por um grupo metil (CH3), que impede a ação das enzimas.

Organismos geneticamente modificados (OGMs)

milho soja ogmsGenes que determinam características desejadas são utilizados no melhoramento genético de muitas espécies. A partir de técnicas como a do DNA recombinante, pesquisadores têm “misturado” características de várias espécies num único indivíduo, com a finalidade de otimizar a produtividade, melhorar a resistência às pragas ou aumentar a adaptabilidade a ambientes extremos, como os sujeitos à seca.

No caso dos animais, um dos procedimentos utilizados para alterar o genoma da espécie é a microinjeção, no óvulo fecundado, de uma sequencia desejada de DNA retirada de outro organismo, isto é, a injeção de genes “estrangeiros” ou heterólogos. Outra técnica é a recolocação, em um embrião, de células que foram retiradas nos estágios mais precoces do seu desenvolvimento e que receberam genes estrangeiros. De qualquer modo, um organismo que recebe genes de outra espécie é um transgênico, isto é, um organismo geneticamente modificado.

Por exemplo, misturando variedades de trigo comum com tipos de trigo selvagem, a Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) obteve um tipo de trigo mais resistente aos insetos e aos fungos. Através de pesquisas, a Embrapa também obteve uma variedade de feijão totalmente resistente ao vírus do mosaico dourado, o que reduziu as perdas na lavoura.

Na Europa, certos tipos de laranjeira foram geneticamente modificados e passaram a florescer e produzir frutos já no primeiro ano de vida, antecipando a maturação e a produtividade.

Diferentes técnicas de biotecnologia têm sido desenvolvidas para alavancar pesquisas com animais e plantas alterados geneticamente. Considerados biofábricas, esses animais e plantas podem produzir moléculas de interesse humano.

Veja aqui uma aula completa sobre Organismos, produtos e alimentos transgênicos.

Clonagem

Só em 1997 foi anunciado ao mundo o primeiro mamífero clonado a partir de uma célula de animal adulto, mas a ovelha Dolly nasceu em 1996 no Instituto Roslin, na Escócia.

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As células retiradas das glândulas mamárias de uma ovelha adulta foram deixadas num meio de cultura e o núcleo diploide de uma delas foi fundido, por meio de corrente elétrica, ao citoplasma de um ovócito anucleado de uma segunda ovelha. Essa célula, com o novo patrimônio hereditário, entrou em segmentação e originou um embrião, implantado em seguida no útero de uma terceira ovelha, uma “mãe de aluguel”.

Entretanto, Dolly foi sacrificada aos seis anos de idade, metade do tempo normal de vida. Outros problemas também já foram encontrados pelos pesquisadores em animais clonados, como excesso de peso no nascimento, malformação de órgãos, osteoporose, redução das defesas imunitárias, diabetes etc., que revelam um envelhecimento precoce. Isso acontece em função da clonagem feita a partir de células de animais adultos, fazendo o clone alcançar o nascimento um pouco mais velho.

Em 2001, a Embrapa obteve a bezerra Vitória, clonada por meio de uma técnica um pouco diferente, que utilizou o núcleo de uma célula retirada de um embrião com menos de uma semana de vida.

Inseminada artificialmente, a vaca Vitória pariu um filhote normal. Em 2004, os pesquisadores da Embrapa obtiveram outro clone, a bezerra Vitoriosa, desenvolvida a partir da fusão de um ovócito anucleado de uma vaca adulta com o núcleo de uma célula da orelha de Vitória, como na clonagem de Dolly. Entretanto, Vitoriosa, clone de um clone, morreu três meses depois de nascer.

Aprofunde-se nesse assunto vendo uma aula completa sobre clonagem.

A clonagem nas plantas

Nas plantas, a reprodução assexuada por meio de bulbos e tubérculos, entre outros processos, é um processo natural de obtenção de clones, ou seja, de descendentes com as mesmas potencialidades hereditárias da planta original.

Uma técnica de clonagem vegetal realizada em laboratório é o cultivo de células embrionárias retiradas de gemas dormentes, que se desenvolvem em milhares de novas plantas idênticas à planta–mãe. O sucesso da clonagem vegetal depende da escolha de uma planta geneticamente saudável, pois se a espécie a ser clonada for vulnerável a uma parasitose, por exemplo, todos os clones obtidos a partir da planta-mãe serão vulneráveis também.

Se você quer aprender mais sobre esse assunto veja uma aula sobre Clonagem aqui no site.

Projeto Genoma Humano

genes dna célulasEm meados de 1990, um consórcio público internacional de cientistas e pesquisadores começou o sequenciamento dos genes da espécie humana, isto é, do nosso genoma, aquele “livro de receitas” que reúne as instruções para a produção de todas as moléculas que compõem o ser humano. Então, teve início o Projeto Genoma Humano (PGH).

O genoma está “escrito” com um alfabeto de quatro “letras” – as quatro bases nitrogenadas do DNA. O material genético da espécie humana parece ter 3,1 bilhões de bases, que constituem os nossos prováveis 25 mil genes ou cístrons.

As informações de um gene resultam em proteínas, mas apenas entre 1% e 2% dos genes determinam a síntese de proteínas que garantem a atividade celular; o restante do nosso genoma era considerado DNA lixo ou DNA não codificante. Entretanto, trabalhos recentes estão desfazendo essa ideia, pois mostram que todo esse DNA tem enorme importância, funcionando como ativador ou interruptor dos genes ativos.

Mais recentes são as pesquisas sobre o RNA não codificante ou, como o DNA não codificante, chamado inicialmente de “lixo” genético. Quando a molécula de DNA se abre para ocorrer a transcrição, o RNA não codificante alinha-se na fita complementar do DNA que o formou e a transcrição não ocorre, não sendo sintetizada nenhuma proteína.

Talvez, conhecendo tal mecanismo, possamos mais tarde agir a fim de não deixar acontecer a síntese de proteínas que induzem tumores em nosso organismo.

O Projeto Genoma já permitiu constatar que quanto mais aparentadas as espécies, menor a diferença entre seus genes.

Por exemplo, nosso genoma difere apenas 1,24% do genoma de um chimpanzé. Outras pesquisas mostraram, ainda, que cerca de 99% dos genes são iguais em todas as pessoas. Contudo, como cada gene pode codificar vários tipos de proteína, concluímos que cada pessoa é única pela diversidade de proteínas que pode sintetizar e pela sua interação com o ambiente, não pelo número de seus genes.

Ainda mais ambicioso que o Projeto Genoma Humano é o Projeto Proteoma, que pretende identificar (ou sequen-ciar) as dezenas de milhares de proteínas da espécie humana, além de descobrir o processo de sua fabricação, seu funcionamento e a interação entre muitas delas.

Veja aqui no site uma aula completa sobre o Projeto Genoma Humano.

Terapia gênica

A terapia gênica consiste na correção de defeitos genéticos com a utilização de vírus modificados, nos quais são introduzidos genes terapêuticos, isto é, genes que substituem os defeituosos. O vírus modificado infecta um lote de células retiradas do paciente, passando para elas os genes terapêuticos e, a partir do momento em que as células passarem a sintetizar corretamente a proteína, antes defeituosa, ou as proteínas que faltavam, elas são recolocadas no paciente.

terapia-gênica

Entretanto, alguns problemas ainda têm de ser resolvidos, pois os genes terapêuticos podem desligar algum gene ativo, ou serem identificados como antígenos estranhos, ou, ainda, o vírus modificado pode readquirir sua capacidade infecciosa.

Vacinas de DNA, como a anunciada para a prevenção e cura da tuberculose, também utilizam a técnica do DNA recombinante. Um gene

da bactéria da tuberculose é inserido em plasmídios bacterianos, que são introduzidos no organismo da pessoa, que reagirá a eles produzindo anticorpos. Outras vacinas de DNA podem ser aplicadas no tratamento de tumores, como os causados pelo papiloma vírus humano, o HPV16. Tais “vacinas” têm função tanto terapêutica quanto preventiva.

Vacinas terapêuticas são ministradas quando o agente infeccioso já se instalou no organismo, enquanto as vacinas preventivas são utilizadas para imunizar o indivíduo contra certos agentes causadores de doenças.

Células tronco

Células-tronco são células indiferenciadas, capazes de dar origem a qualquer tipo de célula. Existe uma grande expectativa nos meios científico e médico de que as células-tronco poderão curar pessoas que ficaram imobilizadas devido a lesões na medula espinal ou portadoras de doenças degenerativas, como o mal de Parkinson, além das que apresentam lesões cardíacas.

celulas-tronco

As células-tronco podem ser obtidas de embriões ou de tecidos adultos diferenciados, como a medula óssea ou o sangue do cordão umbilical de recém-nascidos. As que mais atraem o interesse científico são as embrionárias. Elas se formam num período de mais ou menos cinco dias depois da fecundação de um óvulo por um espermatozoide. Ao fim desse período, o embrião já é uma esfera oca, a blástula, constituída por aproximadamente 140 células. Da massa celular interna da blástula é que são retiradas as células-tronco. Essas células embrionárias, indiferenciadas, são pluripotentes, isto é, poderão originar células epiteliais, musculares, nervosas etc., ou seja, células de vários tipos de tecido e ser usadas em substituição a células doentes ou mortas.

As células-tronco embrionárias podem ser conseguidas a partir de embriões congelados ou de embriões clonados.

Nanorrobótica medicinal

A ideia da nanociência nasceu em 1959, com o físico Richard Feymman, numa palestra em que fez referência ao avanço que a ciência teria quando pudesse reconstruir a matéria manipulando átomos e sintetizando moléculas e estruturas muito menores do que os chips atuais. A nanociência, e em consequência a nano tecnologia, trabalha com a matéria manipulando átomo por átomo, pois nano é um prefixo que designa um bilionésimo. Um nanômetro (nm) é um bilionésimo de metro ou 10-9 m. Enquanto um átomo pode medir dois décimos de nanômetro, uma célula de tamanho médio do nosso corpo pode chegar a 6 mil nanômetros. Nesse universo da nanorrobótica medicinal, a pesquisa transcorre num nanocosmo particular.

Importantes nomes na nanorrobótica trabalham para construir uma máquina molecular, isto é, um nanorrobô com aproximadamente mil nanômetros, ou seja, algumas vezes menor do que um glóbulo vermelho do nosso sangue.

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