Biotecnologia e Engenharia Genética: Uma Visão Geral

Biotecnologia é um campo da ciência da vida que usa organismos vivos e sistemas biológicos para criar organismos modificados ou novos ou produtos úteis. Um dos principais componentes da biotecnologia é Engenharia genética.

O conceito popular de biotecnologia é o de experimentos que acontecem em laboratórios e tecnologias de ponta. avanços industriais, mas a biotecnologia é muito mais integrada na vida cotidiana da maioria das pessoas do que parece.

As vacinas que você pega, o molho de soja, o queijo e o pão que você compra no supermercado, os plásticos no seu cotidiano meio ambiente, suas roupas de algodão resistente a rugas, a limpeza após as notícias de derramamentos de óleo e muito mais são todos exemplos de biotecnologia. Todos eles "empregam" micróbios vivos para criar um produto.

Até mesmo um exame de sangue para a doença de Lyme, um tratamento de quimioterapia para câncer de mama ou uma injeção de insulina podem ser resultados da biotecnologia.

TL; DR (muito longo; Não li)

A biotecnologia depende do campo da engenharia genética, que modifica o DNA para alterar a função ou outras características dos organismos vivos.

Os primeiros exemplos disso são a reprodução seletiva de plantas e animais há milhares de anos. Hoje, os cientistas editam ou transferem DNA de uma espécie para outra. A biotecnologia aproveita esses processos para uma ampla variedade de indústrias, incluindo medicina, alimentos e agricultura, manufatura e biocombustíveis.

A biotecnologia não seria possível sem Engenharia genética. Em termos modernos, este processo manipula as informações genéticas das células usando técnicas de laboratório para alterar as características dos organismos vivos.

Os cientistas podem usar a engenharia genética para mudar a maneira como um organismo se parece, se comporta, funciona ou interage com materiais ou estímulos específicos em seu ambiente. A engenharia genética é possível em todas as células vivas; isso inclui microrganismos como bactérias e células individuais de organismos multicelulares, como plantas e animais. Mesmo o genoma humano pode ser editado usando essas técnicas.

Às vezes, os cientistas alteram a informação genética em uma célula alterando diretamente seus genes. Em outros casos, pedaços de DNA de um organismo são implantados nas células de outro organismo. As novas células híbridas são chamadas transgênico.

A engenharia genética pode parecer um avanço tecnológico ultramoderno, mas está em uso há décadas em vários campos. Na verdade, a engenharia genética moderna tem suas raízes em antigas práticas humanas que foram inicialmente definidas por Charles Darwin como seleção artificial.

Seleção artificial, também chamada de reprodução selecionada, é um método para escolher deliberadamente pares de acasalamento para plantas, animais ou outros organismos com base nas características desejadas. A razão para fazer isso é criar descendentes com essas características e repetir o processo com as gerações futuras para fortalecer gradualmente as características na população.

Embora a seleção artificial não exija microscopia ou outro equipamento de laboratório avançado, é uma forma eficaz de engenharia genética. Embora tenha começado como uma técnica antiga, os humanos ainda a usam hoje.

Exemplos comuns incluem:

• Criação de gado.
• Criação de variedades de flores.
• Animais reprodutores, como roedores ou primatas, com características desejadas específicas, como suscetibilidade a doenças, para estudos de pesquisa.

O primeiro exemplo conhecido de humanos envolvidos na seleção artificial de um organismo é o surgimento de Canis lupus familiaris, ou como é mais conhecido, o cachorro. Cerca de 32.000 anos atrás, os humanos em uma área do Leste Asiático que hoje é a China, viviam em grupos de caçadores-coletores. Lobos selvagens seguiram os grupos humanos e vasculharam as carcaças que os caçadores deixaram para trás.

Os cientistas acham que é mais provável que os humanos apenas permitissem que os lobos dóceis que não eram uma ameaça vivessem. Desta forma, a ramificação de cães de lobos começou por auto-seleção, já que os indivíduos com a característica que lhes permitiu tolerar a presença de humanos se tornaram os companheiros domesticados dos caçadores-coletores.

Eventualmente, os humanos começaram a domesticar intencionalmente e, em seguida, criar gerações de cães para as características desejadas, especialmente a docilidade. Os cães tornaram-se companheiros leais e protetores dos humanos. Ao longo de milhares de anos, os humanos os criaram seletivamente para características específicas, como comprimento e cor da pelagem, tamanho dos olhos e comprimento do focinho, tamanho do corpo, disposição e muito mais.

Os lobos selvagens do Leste Asiático de 32.000 anos atrás, que se dividiram há 32.000 anos em cães, compreendem quase 350 raças de cães diferentes. Esses primeiros cães são geneticamente mais próximos dos cães modernos chamados cães nativos chineses.

A seleção artificial se manifestou de outras maneiras nas antigas culturas humanas também. À medida que os humanos avançaram para as sociedades agrícolas, eles utilizaram a seleção artificial com um número crescente de espécies vegetais e animais.

Eles domesticaram animais criando-os geração após geração, apenas acasalando a prole que exibia os traços desejados. Essas características dependiam do propósito do animal. Por exemplo, cavalos domesticados modernos são comumente usados ​​em muitas culturas como transporte e como animais de carga, parte de um grupo de animais comumente chamados bestas de carga.

Portanto, as características que os criadores de cavalos podem ter procurado são docilidade e força, bem como robustez no frio ou calor, e capacidade de procriar em cativeiro.

As sociedades antigas também utilizavam a engenharia genética de outras formas que não a seleção artificial. 6.000 anos atrás, os egípcios usavam fermento para fermentar pão e fermento fermentado para fazer vinho e cerveja.

A engenharia genética moderna acontece em um laboratório, em vez de reprodução seletiva, uma vez que os genes são copiado e movido de um pedaço de DNA para outro, ou da célula de um organismo para a de outro organismo DNA. Isso se baseia em um anel de DNA chamado de plasmídeo.

Plasmídeos estão presentes em células bacterianas e de levedura e são separadas dos cromossomos. Embora ambos contenham DNA, os plasmídeos normalmente não são necessários para a sobrevivência da célula. Enquanto os cromossomos bacterianos contêm milhares de genes, os plasmídeos contêm apenas tantos genes quantos você contaria em uma mão. Isso os torna muito mais simples de manipular e analisar.

A descoberta na década de 1960 de endonucleases de restrição, também conhecido como Enzimas de restrição, levou a um avanço na edição de genes. Essas enzimas cortam o DNA em locais específicos da cadeia de pares de bases.

Os pares de bases são os ligados nucleotídeos que formam a fita de DNA. Dependendo da espécie de bactéria, a enzima de restrição será especializada para reconhecer e cortar diferentes sequências de pares de bases.

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Os cientistas descobriram que eram capazes de usar as enzimas de restrição para cortar pedaços dos anéis de plasmídeo. Eles foram então capazes de introduzir DNA de uma fonte diferente.

Outra enzima chamada DNA ligase anexa o DNA estranho ao plasmídeo original na lacuna vazia deixada pela sequência de DNA ausente. O resultado final deste processo é um plasmídeo com um segmento de gene estranho, que é chamado de vetor.

Se a fonte de DNA for uma espécie diferente, o novo plasmídeo é denominado DNA recombinante, ou um quimera. Assim que o plasmídeo é reintroduzido na célula bacteriana, os novos genes são expressos como se a bactéria sempre tivesse possuído aquela composição genética. À medida que a bactéria se replica e se multiplica, o gene também é copiado.

Se o objetivo é introduzir o novo DNA na célula de um organismo que não seja uma bactéria, são necessárias técnicas diferentes. Um deles é um arma genética, que explode partículas muito pequenas de elementos de metal pesado revestidos com o DNA recombinante em tecido vegetal ou animal.

Duas outras técnicas requerem o aproveitamento do poder dos processos de doenças infecciosas. Uma cepa bacteriana chamada Agrobacterium tumefaciens infecta plantas, causando o crescimento de tumores na planta. Os cientistas removem os genes causadores de doenças do plasmídeo responsável pelos tumores, chamado de Ti, ou plasmídeo indutor de tumor. Eles substituem esses genes por quaisquer genes que desejam transferir para a planta, de modo que a planta seja “infectada” com o DNA desejável.

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Os vírus freqüentemente invadem outras células, de bactérias a células humanas, e inserem seu próprio DNA. UMA vetor viral é usado por cientistas para transferir DNA para uma célula vegetal ou animal. Os genes causadores da doença são removidos e substituídos pelos genes desejados, que podem incluir genes marcadores para sinalizar que a transferência ocorreu.

O primeiro exemplo de modificação genética moderna foi em 1973, quando Herbert Boyer e Stanley Cohen transferiram um gene de uma cepa de bactéria para outra. O gene codifica para resistência a antibióticos.

No ano seguinte, os cientistas criaram a primeira instância de um animal geneticamente modificado, quando Rudolf Jaenisch e Beatrice Mintz inseriram com sucesso DNA estranho em embriões de camundongo.

Os cientistas começaram a aplicar a engenharia genética a um amplo campo de organismos, para um número crescente de novas tecnologias. Por exemplo, eles desenvolveram plantas com resistência a herbicidas para que os agricultores pudessem pulverizar ervas daninhas sem danificar suas plantações.

Eles também modificaram alimentos, especialmente vegetais e frutas, de modo que crescessem muito e durassem mais do que seus primos não modificados.

A engenharia genética é a base da biotecnologia, uma vez que a indústria da biotecnologia é, em um sentido geral, um vasto campo que envolve o uso de outras espécies vivas para as necessidades humanas.

Seus ancestrais de milhares de anos atrás, que criavam cães seletivamente ou certas culturas, estavam fazendo uso da biotecnologia. O mesmo ocorre com os fazendeiros e criadores de cães modernos, assim como qualquer padaria ou vinícola.

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A biotecnologia industrial é usada como fontes de combustível; é daí que se origina o termo “biocombustíveis”. Microrganismos consomem gorduras e as transformam em etanol, que é uma fonte de combustível consumível.

As enzimas são usadas para produzir produtos químicos com menos desperdício e custo do que os métodos tradicionais, ou para limpar processos de manufatura, quebrando subprodutos químicos.

De tratamentos com células-tronco a melhores exames de sangue e uma variedade de produtos farmacêuticos, a face da saúde foi mudada pela biotecnologia. As empresas de biotecnologia médica usam micróbios para criar novos medicamentos, como anticorpos monoclonais (esses medicamentos são usados ​​para tratar uma variedade de condições, incluindo câncer), antibióticos, vacinas e hormônios.

Um avanço médico significativo foi o desenvolvimento de um processo para criar insulina sintética com a ajuda da engenharia genética e dos micróbios. O DNA da insulina humana é inserido nas bactérias, que se replicam, crescem e produzem a insulina, até que ela possa ser coletada e purificada.

Em 1991, Ingo Potrykus usou a pesquisa de biotecnologia agrícola para desenvolver um tipo de arroz que é fortificado com beta-caroteno, que o corpo converte-se em vitamina A e é ideal para ser cultivado em países asiáticos, onde a cegueira infantil por deficiência de vitamina A é um fator específico problema.

A falta de comunicação entre a comunidade científica e o público gerou grande controvérsia sobre os organismos geneticamente modificados, ou OGMs. Houve tanto medo e clamor por um produto alimentar geneticamente modificado, como o Golden Rice, como é chamado, que apesar de ter as plantas prontas para distribuição aos agricultores asiáticos em 1999, essa distribuição ainda não ocorreu.