Modificação Genética: Definição, Tipos, Processo, Exemplos

UMA gene, do ponto de vista bioquímico básico, é um segmento de ácido desoxirribonucleico (DNA) dentro de cada célula de um organismo que carrega o código genético para a montagem de um determinado produto proteico. Em um nível mais funcional e dinâmico, os genes determinam o que os organismos - animais, plantas, fungos e até bactérias - são e em que eles estão destinados a se desenvolver.

Embora o comportamento dos genes seja influenciado por fatores ambientais (por exemplo, nutrição) e até mesmo por outros genes, a composição de seu material genético dita esmagadoramente quase tudo sobre você, visível e invisível, do tamanho do seu corpo à sua resposta a invasores microbianos, alérgenos e outros agentes externos.

A capacidade de mudar, modificar ou criar genes de maneiras específicas, portanto, introduziria a opção de ser capaz de criar organismos primorosamente adaptados - incluindo humanos - usando determinadas combinações de DNA conhecidas por conterem certas genes.

O processo de alteração de um organismo

Desenvolvimentos associados geraram empolgação com a perspectiva de melhorar a saúde humana e a qualidade de vida e uma série de questões éticas espinhosas e inevitáveis ​​em várias frentes.

Modificação genética é qualquer processo pelo qual genes são manipulados, alterados, deletados ou ajustados a fim de amplificar, alterar ou ajustar uma determinada característica de um organismo. É a manipulação de características no nível da raiz absoluta - ou celular.

Considere a diferença entre rotineiramente estilizar seu cabelo de uma certa maneira e realmente ser capaz de controlar a cor, comprimento e arranjo geral (por exemplo, liso versus encaracolado) sem o uso de quaisquer produtos para o cabelo, em vez de confiar em dar componentes invisíveis de seu instruções corporais sobre como realizar e garantir um resultado cosmético desejado, e você terá uma noção do que é modificação genética cerca de.

Como todos os organismos vivos contêm DNA, a engenharia genética pode ser realizada em todo e qualquer organismo, de bactérias a plantas e seres humanos.

Enquanto você lê isto, o campo da engenharia genética está florescendo com novas possibilidades e práticas nas áreas da agricultura, medicina, manufatura e outros reinos.

É importante entender a diferença entre mudar literalmente os genes e se comportar de uma maneira que tira proveito de um gene existente.

Muitos genes não operam independentemente do ambiente em que vive o organismo parental. Hábitos alimentares, estresses de vários tipos (por exemplo, doenças crônicas, que podem ou não ter uma base genética própria) e outras coisas organismos confrontados rotineiramente podem afetar a expressão do gene, ou o nível ao qual os genes são usados ​​para fazer os produtos de proteína para os quais eles código.

Se você vem de uma família de pessoas que são geneticamente inclinadas a ser mais altas e pesadas do que a média, e aspira a uma carreira atlética em um esporte que favorece força e tamanho, como basquete ou hóquei, você pode levantar pesos e comer uma grande quantidade de comida para maximizar suas chances de ser tão grande e forte quanto possível.

Mas isso é diferente de ser capaz de inserir novos genes em seu DNA que praticamente garantem um nível previsível de crescimento muscular e ósseo e, em última análise, um ser humano com todas as características típicas de um estrela do esporte.

Existem muitos tipos de técnicas de engenharia genética, e nem todas requerem a manipulação de material genético por meio de sofisticados equipamentos de laboratório.

Na verdade, qualquer processo que envolva a manipulação ativa e sistemática de um organismo pool genético, ou a soma dos genes em qualquer população que se reproduz por reprodução (ou seja, sexualmente), qualifica-se como engenharia genética. Alguns desses processos, é claro, estão de fato na vanguarda da tecnologia.

Seleção artificial: Também chamada de seleção simples ou reprodução seletiva, a seleção artificial é a escolha de organismos pais com um genótipo conhecido para produzir descendência em quantidades que não ocorreriam se a natureza sozinha fosse o engenheiro, ou no mínimo só ocorreria em um tempo muito maior escalas.

Quando os fazendeiros ou criadores de cães selecionam quais plantas ou animais reproduzir, a fim de garantir a descendência com certas características que os humanos acham desejáveis ​​por algum motivo, eles estão praticando uma forma diária de genética modificação.

Mutagênese induzida: É o uso de raios-x ou produtos químicos para induzir mutações (mudanças não planejadas, muitas vezes espontâneas no DNA) em genes específicos ou sequências de DNA de bactérias. Isso pode resultar na descoberta de variantes de genes com desempenho melhor (ou, se necessário, pior) do que o gene “normal”. Esse processo pode ajudar a criar novas "linhas" de organismos.

As mutações, embora muitas vezes prejudiciais, também são a fonte fundamental da variabilidade genética na vida na Terra. Como resultado, induzindo-os em grande número, embora certamente crie populações de organismos menos aptos, também aumenta a probabilidade de uma mutação benéfica, que pode então ser explorada para fins humanos usando técnicas.

Vetores virais ou plasmídicos: Os cientistas podem introduzir um gene em um fago (um vírus que infecta bactérias ou seus parentes procarióticos, o Archaea) ou um plasmídeo vetor e, em seguida, coloque o plasmídeo ou fago modificado em outras células, a fim de introduzir o novo gene nessas células.

As aplicações desses processos incluem o aumento da resistência a doenças, superando a resistência aos antibióticos e melhorar a capacidade de um organismo de resistir a estressores ambientais, como temperaturas extremas e toxinas. Alternativamente, o uso de tais vetores pode amplificar uma característica existente em vez de criar uma nova.

Usando a tecnologia de melhoramento de plantas, uma planta pode ser "ordenada" a florescer com mais frequência, ou as bactérias podem ser induzidas a produzir uma proteína ou produto químico que normalmente não fariam.

Vetores retrovirais: Aqui, porções de DNA contendo certos genes são colocadas nesses tipos especiais de vírus, que então transportam o material genético para as células de outro organismo. Esse material é incorporado ao genoma do hospedeiro para que possa ser expresso junto com o restante do DNA daquele organismo.

Em termos simples, isso envolve cortar uma fita de DNA do hospedeiro usando enzimas especiais, inserindo o novo gene na lacuna criada pelo recorte e anexação do DNA em ambas as extremidades do gene ao hospedeiro DNA.

Tecnologia "Knock in, knock out": Como o próprio nome sugere, esse tipo de tecnologia permite a exclusão completa ou parcial de certas seções do DNA ou de certos genes ("knock out"). Seguindo linhas semelhantes, os engenheiros humanos por trás dessa forma de modificação genética podem escolher quando e como ativar ("knock in") uma nova seção de DNA ou um novo gene.

Injeção de genes em organismos nascentes: A injeção de genes ou vetores que contêm genes em ovos (oócitos) pode incorporar os novos genes em o genoma do embrião em desenvolvimento, que são, portanto, expressos no organismo que eventualmente resultados.

Clonagem de genes é um exemplo do uso de vetores de plasmídeo. Os plasmídeos, que são pedaços circulares de DNA, são extraídos de uma célula bacteriana ou de levedura. Enzimas de restrição, que são proteínas que “cortam” o DNA em locais específicos ao longo da molécula, são usadas para cortar o DNA, criando uma fita linear a partir da molécula circular. Em seguida, o DNA do gene desejado é "colado" no plasmídeo, que é introduzido em outras células.

Finalmente, essas células começam a ler e codificar o gene que foi adicionado artificialmente ao plasmídeo.

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A clonagem de genes inclui quatro etapas básicas. No exemplo a seguir, seu objetivo é produzir uma cepa de E. coli bactéria que brilha no escuro. (Normalmente, é claro, essas bactérias não possuem essa propriedade; se o fizessem, lugares como os sistemas de esgoto do mundo e muitos de seus cursos de água naturais assumiriam um caráter distintamente diferente, como E. coli são prevalentes no trato gastrointestinal humano.)

1. Isole o DNA desejado. Primeiro, você precisa encontrar ou criar um gene que codifique uma proteína com a propriedade necessária - neste caso, brilhar no escuro. Certas águas-vivas produzem essas proteínas, e o gene responsável foi identificado. Este gene é chamado de DNA alvo. Ao mesmo tempo, você precisa determinar qual plasmídeo usará; Isto é o DNA vetor.

2. Clivar o DNA usando enzimas de restrição. Essas proteínas acima mencionadas, também chamadas endonucleases de restrição, são abundantes no mundo bacteriano. Nesta etapa, você usa a mesma endonuclease para cortar o DNA alvo e o DNA do vetor.

Algumas dessas enzimas cortam diretamente as duas fitas da molécula de DNA, enquanto em outros casos elas fazem um corte "escalonado", deixando pequenos pedaços de DNA de fita simples expostos. Os últimos são chamados pontas pegajosas.

3. Combine o DNA alvo e o DNA vetor. Você agora coloca os dois tipos de DNA junto com uma enzima chamada DNA ligase, que funciona como um tipo elaborado de cola. Essa enzima reverte o trabalho das endonucleases ao juntar as extremidades das moléculas. O resultado é um quimera, ou um fio de DNA recombinante.

• A insulina humana, entre muitos outros produtos químicos vitais, pode ser feita usando tecnologia recombinante.

4. Introduza o DNA recombinante na célula hospedeira. Agora, você tem o gene de que precisa e um meio de transportá-lo para onde ele pertence. Existem várias maneiras de fazer isso, entre elas transformação, em que as chamadas células competentes varrem o novo DNA, e eletroporação, em que um pulso de eletricidade é usado para romper brevemente a membrana celular e permitir que a molécula de DNA entre na célula.

Seleção artificial: Os criadores de cães podem selecionar diferentes características, principalmente a cor da pelagem. Se um determinado criador de labradores vê um aumento na demanda por uma determinada cor da raça, ele ou ela pode reproduzir sistematicamente para a cor em questão.

Terapia de genes: Em alguém com um gene defeituoso, uma cópia do gene ativo pode ser introduzida nas células dessa pessoa para que a proteína necessária possa ser feita usando DNA estranho.

Culturas GM: Métodos de agricultura de modificação genética podem ser usados ​​para criar culturas geneticamente modificadas (GM), como plantas resistentes a herbicidas, culturas que rendem mais frutas em comparação com o melhoramento convencional, plantas GM resistentes ao frio, safras com melhor rendimento geral da colheita, alimentos com maior valor nutricional e assim sobre.

De forma mais ampla, no século 21, os organismos geneticamente modificados (OGM) floresceram em uma questão polêmica em Mercados europeu e americano devido a questões de segurança alimentar e ética nos negócios em torno da modificação genética das colheitas.

Animais geneticamente modificados: Um exemplo de alimentos GM no mundo da pecuária é a criação de galinhas que crescem mais e mais rapidamente para produzir mais carne de peito. Práticas de tecnologia de DNA recombinante como essas levantam questões éticas por causa da dor e desconforto que podem causar aos animais.

Edição de genes: Um exemplo de edição de gene, ou edição de genoma, é CRISPR, ou agrupados com repetições palindrômicas curtas regularmente espaçadas. Esse processo é "emprestado" de um método usado pelas bactérias para se defenderem dos vírus. Envolve a modificação genética altamente direcionada de diferentes partes do genoma alvo.

No CRISPR, ácido ribonucléico guia (gRNA), uma molécula com a mesma sequência que o local alvo no genoma, é combinada na célula hospedeira com uma endonuclease chamada Cas9. O gRNA se ligará ao sítio de DNA alvo, arrastando Cas9 junto com ele. Essa edição do genoma pode resultar no "nocaute" de um gene ruim (como uma variante implicada em causar câncer) e, em alguns casos, permitir que o gene ruim seja substituído por uma variante desejável.