O documento discute organismos geneticamente modificados, definindo-os como organismos que adquiriram características de outro organismo através de engenharia genética. A história da biotecnologia e engenharia genética é revisada, desde as primeiras aplicações em 1800 a.C. até o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante na década de 1970, permitindo novas aplicações como plantas e animais transgênicos. Benefícios potenciais dos transgênicos na agricultura incluem resistência a pragas, col

1. ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS
1. INTRODUÇÃO
DEFINIÇÃO DE TRANSGÊNICOS:
Os Transgênicos (ou organismos geneticamente modificados) são organismos
que adquiriram, pelo uso de técnicas modernas de Engenharia Genética,
características de outro organismo. O termo geneticamente modificado tem sido
utilizado para descrever a aplicação da tecnologia do DNA recombinante para a
alteração genética de animais, plantas e microorganismos.
HISTÓRICO:
O termo Biotecnologia foi utilizado pela primeira vez em 1919 por um
engenheiro agrícola da Hungria, porém as primeiras aplicações biotecnológicas
datam de meados de 1800 AC, com o uso de leveduras para fermentar vinhos e
pães.
A Genética é uma ciência do século XX, pois, em 1900 as Leis de Mendel
foram redescobertas e começaram a ser aplicadas. Nos primeiros ¾ deste século, a
genética mendeliana contribuiu significativamente para a sustentação do
crescimento populacional de nosso planeta, produzindo maiores safras de alimentos
de origem vegetal, aumentando a produtividade de animais e contribuindo para uma
maior longevidade humana. O crescimento acelerado do campo da biotecnologia,
entretanto, ocorreu a partir da década de 70 com o desenvolvimento da Engenharia
Genética (ou Tecnologia do DNA Recombinante).
Com a decifração do código genético e a manipulação do DNA neste último
quarto de século, aceleram-se as descobertas científicas e suas aplicações
biotecnológicas. Com isso, abriram-se novas perspectivas econômicas nos campos da
saúde humana, sanidade animal e produção de alimentos. Surgiram técnicas
biotecnológicas como a produção e pesquisa de plantas e animais transgênicos,
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2. clonagem de mamíferos, produção de proteínas humanas em microorganismos,
plantas e animais, mapeamento do genoma humano, técnicas de detecções e
diagnósticos por PCR e Terapia Gênica.
Os primeiros experimentos com plantas transgênicas foram conduzidos em
1986, nos E.U.A e na França. Entre 1986 e 1995, 56 culturas foram testadas em
mais de 3.5 mil experimentos realizados em mais de 15 mil locais (34 países). Em
1996 e 1997, o número de países que testaram plantas transgênicas aumentou para
45, tendo sido conduzidos somente nestes dois anos mais de 10 mil experimentos.
Neste período, as culturas mais testadas foram a do milho, soja, tomate, canola,
batata e algodão. Na maioria dos casos as características genéticas introduzidas
foram tolerância a herbicidas, resistência a insetos, qualidade do produto e
resistência a vírus.
TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE:
O isolamento dos genes de interesse é conduzido por meio de técnicas de
clonagem molecular que consiste em induzir um organismo e amplificar a seqüência
de DNA de interesse, em sistemas que permitem uma fácil purificação e
recuperação do referido fragmento de DNA. Para isso, são utilizados vetores de
clonagem (plasmídeos ou vírus) nos quais a seqüência de DNA de interesse é
inserida , utilizando a enzima DNA ligase. Quando necessário, o fragmento de DNA
de interesse pode ser liberado do vetor por meio de enzimas de restrição. Uma vez
isolado o gene de interesse, estes fragmentos de DNA (genes) são incorporados
(por meio das técnicas de Engenharia Genética) no Genoma do organismo alvo,
resultando em um organismo geneticamente modificado (OGM), cuja característica
adquirida passa a ser hereditária.
A tecnologia do DNA Recombinante foi desenvolvida em 1973 e permite a
transferência do material genético de um organismo para o outro de forma efetiva
e eficiente. Ao invés de promover o cruzamento entre organismos relacionados para
obter uma característica desejada, cientistas podem identificar e inserir, no
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3. genoma de um determinado organismo, um único gene responsável pela
característica em particular. O gene inserido artificial ou intencionalmente no
genoma de um organismo é denominado transgene. Desta forma, tem-se alteração
precisa e previsível.
Antes do desenvolvimento da tecnologia do DNA Recombinante, a técnica
utilizada era a do Melhoramento Clássico, na qual a transferência de genes se dava
por meio de cruzamentos (reprodução sexuada), misturando todo o conjunto de
genes dos dois organismos em combinações aleatórias. A técnica exigia uma enorme
demanda de tempo e não era precisa.
PAPEL DOS TRANSGÊNICOS NA ECONOMIA MUNDIAL:
Neste século, é esperado um rápido desenvolvimento na biotecnologia,
especificamente, animal e vegetal. O século passado teve um grande
desenvolvimento na biotecnologia microbiana, que se iniciou com a Patente
concedida a Weizman com o desenvolvimento da fermentação acetona-butanol. A
produção direta de trigo rico em lisina é uma das pesquisas em desenvolvimento e
deverá resultar em um produto mais economicamente viável que o enriquecimento
do trigo com a lisina obtida de microorganismos. Também o leite deverá ser uma
fonte mais rica de proteínas humanas que os microorganismos e as vacinas obtidas
de plantas seriam bem mais viáveis e baratas que as atuais.
A modificação genética de microorganismos continua sendo uma importante
complementação para as modificações genéticas de plantas e animais, especialmente
para a produção de metabólitos secundários, biofertilizantes e biopesticidas,
bioprocessamento, biorremediação e tratamento de águas.
De acordo com uma pesquisa sobre a expectativa de comercialização de
produtos obtidos de organismos geneticamente modificados nos E.U.A, a agricultura
tem um grande potencial de crescimento e uma forte posição nas vendas em volume.
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4. Tabela 1: Comercialização de produtos biotecnológicos nos E.U.A (milhões de
dólares)
Setor Econômico 1996 2001
Perspectiva
2006
Taxa de
Crescimento
Anual
Terapêuticos 7555 13935 25545 13
Diagnósticos 1760 2705 4050 9
Agricultura 285 740 1740 20
Especialidades 275 690 1600 19
Diagnósticos Não-
Médicos
225 330 465 8
Total 10100 18400 33400 12
Fonte: Genetic Engeneering News. December,1995, p.6.
Já existem sementes manipuladas sendo cultivadas no mundo em uma área de
30 milhões de hectares e seu mercado deverá movimentar cerca de US$ 3 bilhões.
No Brasil, muitos alimentos transgênicos importados já são comercializados e
o país planeja importar 3 milhões de toneladas de milho da Argentina e E.U.A, onde
as lavouras transgênicas são liberadas oficialmente.
Na década de 90, os E.U.A aprovaram dezenas de produtos geneticamente
modificados e outra grande quantidade apareceu no mercado europeu e o ritmo
atual de liberação de Organismos Geneticamente Modificados indica que na
primeira década deste século já teremos uma centena de produtos geneticamente
modificados nas prateleiras dos supermercados, podendo-se chegar na casa dos
milhares em algumas décadas.
II. VEGETAIS GENETICAMENTE MODIFICADOS:
A China foi o primeiro país a comercializar plantas transgênicas no início da
década de 90, com a introdução do fumo resistente a vírus, seguido pelo tomate
resistente a vírus. Em 1994, a Calgene obteve a primeira aprovação nos EUA para
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5. comercializar o tomate transgênico “Flavr-Savr”, que apresentava amadurecimento
retardado. A área global de culturas transgênicas cresceu de 1.7 para 27.8 milhões
de hectares, em 1998 e as duas principais culturas transgênicas cultivadas em oito
países foram soja e milho.
A maioria dos produtos já liberados para a comercialização contêm
transgenes que codificam características que visam minimizar estresses
ambientais, incluindo tolerância a herbicidas, resistência a insetos e vírus. No
entanto, as características que visam aumentar a qualidade nutricional dos
alimentos vêm se tornando progressivamente mais importantes e deverão
prevalecer nas próximas gerações de produtos transgênicos.
É essencial melhorar a produção e a distribuição de gêneros alimentícios para
livrar da fome uma população mundial crescente, enquanto reduzimos os impactos
ambientais. Para isso, é necessário utilizar de forma adequada e responsável as
novas tecnologias e descobertas científicas.
Alimentos produzidos através de tecnologias de modificação genética podem
ser mais nutritivos, estáveis quando armazenados e, em princípio, podem promover
saúde trazendo benefícios para consumidores, seja em nações industrializadas ou
em desenvolvimento.
Esforços em conjunto, organizados, devem ser feitos para investigar os
efeitos potenciais no meio ambiente (positivos ou negativos) dos vegetais
transgênicos em suas aplicações específicas. Esses esforços devem ser avaliados
tomando-se como referência os efeitos de tecnologias convencionais da agricultura,
que estejam atualmente em uso.
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6. BENEFÍCIOS PROMOVIDOS PELOS TRANSGÊNICOS NA
AGRICULTURA:
A tecnologia dos transgênicos tem sido utilizada para produzir uma variedade
de plantas para alimentação, principalmente com características preferidas pelo
mercado, algumas tendo se tornado sucessos comerciais. Os desenvolvimentos
resultantes em variedades comercialmente produzidas em países como EUA e
Canadá têm se centralizado no aumento de vida em prateleiras de frutas e vegetais,
dando resistência contra pragas de insetos ou viroses, e produzindo tolerância a
determinados herbicidas. Enquanto essas características têm trazido benefícios
aos agricultores, os consumidores dificilmente notaram qualquer benefício além de,
em casos limitados, um decréscimo no preço devido a custos reduzidos e aumento
da facilidade de produção (University of Illinois,1999; Falck-Zepeda et al 1999).
Temos a seguir, alguns exemplos que mostram o uso da tecnologia da
modificação genética de vegetais aplicada a alguns problemas específicos da
agricultura, indicando o potencial para obter benefícios:
 Resistência a pragas: Temos como exemplo a papaia que é resistente
ao vírus Ringspot e que tem sido comercializada e plantada no Hawai desde 1996
(Gonsalves, 1998). Este exemplo prova a eficiência do uso de modificação
genética em vegetais visando obter maior resistência a uma praga específica.
Outro benefício paralelo está no fato de que, ao se criar maior resistência a
pragas, diminui ou se elimina a necessidade do uso de pesticidas. Temos como
exemplo as plantações transgênicas resistentes aos insetos do Bacillus
thurringiensis , que permitiu uma redução significativa no uso de inseticidas.
Porém, alguns pontos devem ser considerados, como o fato de que as populações
de pragas ou organismos causadores de doenças podem vir a se adaptar à planta
transgênica, como acontece com o uso de inseticidas. Outro ponto a ser
levantado é a diferença no biótipo de pragas no mundo, que faz com que
plantações resistentes desenvolvidas para serem utilizadas na América do Norte,
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7. possam ser resistentes a pragas que não preocupam nos países africanos, por
exemplo. Há necessidade, portanto, de maior pesquisa com plantas transgênicas,
que tenham se mostrado resistente a pragas regionais, para verificar sua
sustentabilidade em face ao aumento de pressões diante de pragas ainda mais
virulentas.
 Colheitas mais abundantes: Como exemplo temos as pesquisas que
envolvem a produção de alimentos de alto-rendimento. O maior exemplo é o trigo
semi-anão que possui genes insensíveis à giberelina. A introdução desses genes
faz com que se obtenha uma planta mais baixa, mais forte e que aumenta o
rendimento da safra diretamente, uma vez que se reduz o alongamento das
células na parte vegetativa, de forma que a planta desenvolva mais sua parte
reprodutiva (comestível). Estes genes (NORIN 10) agem da mesma forma quando
utilizados para transformar outras espécies de plantas importantes como
alimento.
 Tolerância a pressões bióticas e abióticas: O desenvolvimento de
plantações que tenham uma resistência inata ao stress biótico ou abiótico
ajudaria a estabilizar a produção anual. Como exemplo, temos o vírus Mottle
Amarelo do arroz (RYMV), que devasta os arrozais africanos. Após o fracasso
dos métodos convencionais de cruzamentos entre o arroz selvagem e cultivado,
os pesquisadores utilizaram uma técnica de imunização genética, através da
criação de plantas de arroz transgênico resistentes ao RYMV. Como exemplo de
combate ao stress abiótico temos a produção de ácido cítrico nas raízes e a
melhor tolerância ao alumínio em solos ácidos (de La Fuente et al 1997).
 Uso de terras marginalizadas: Solos com elevados índices de salinidade
e alcalinidade podem ser utilizados caso se consiga obter um transgênico que
tenha por característica ser resistente nessas condições. Como exemplo, temos
um gene de tolerância em manguezais (Avicennia marina) que foi clonado e
transferido para outras plantas e através dele pôde-se observar que as plantas
transgênicas mostraram-se mais tolerantes a altas concentrações de sal.
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8.  Benefícios nutricionais: Temos o exemplo da introdução de genes de
para obter maior produção de beta caroteno, precursor da vitamina A,
extremamente necessária e cuja deficiência nos animais causa cegueira. A
semente deste transgênico apresenta cor mais amarelada (Ye et al,2000).
Também já se desenvolveu o arroz transgênico com elevados níveis de ferro, de
forma a combater a anemia. Este arroz foi produzido usando-se genes envolvidos
na produção de proteínas capazes de ligar o ferro e de uma enzima que facilita a
disponibilidade de ferro na dieta humana (Goto et al, 1999). As plantas
transgênicas contêm entre 2 e 4 vezes mais ferro do que normalmente
encontrado no arroz convencional.
 Vacinas e produtos farmacêuticos derivados de plantas transgênicas:
Mesmo já estando disponíveis nos países em desenvolvimento, as vacinas
apresentam um custo elevado para produzir e utilizar. Diante disso, muitas vezes
as vacinas acabam não chegando até as pessoas que realmente necessitam dessa
imunização. Para eliminar este problema, os pesquisadores estão estudando o uso
de plantas transgênicas na produção de vacinas e fármacos. Como exemplo, temos
as vacinas contra as doenças infecciosas do aparelho gastro-intestinal, que são
produzidas em plantas como batatas e bananas (Mason H.S. Amtzen C.J. 1995).
Outro exemplo interessante está no anticorpo recentemente identificado em
sementes de arroz e trigo, que reconhece células cancerosas do pulmão, mama e
cólon e que poderá ser muito importante no diagnóstico ou terapia contra o
câncer (Stoger et al 2000). O desenvolvimento de plantas transgênicas, para
produzir agentes terapêuticos, tem enorme potencial para auxiliar na solução de
problemas com a saúde nos países em desenvolvimento.
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9. EXEMPLOS PRÁTICOS DE PLANTAS TRANSGÊNICAS:
 Mostarda com alto teor de beta-caroteno: O instituto de pesquisa
indiano TEI anunciou recentemente um projeto de desenvolvimento da chamada
mostarda dourada, cujo óleo tem alto teor beta-caroteno, precursor da vitamina
A, que ajuda a combater diversas doenças, como a cegueira noturna, a
xeroftalmia (ressecamento da córnea), diarréias e sarampo. A pesquisa é
conjunta com a Universidade de Michigan e a Monsanto. A deficiência em
vitamina A atinge cerca de 250 milhões de pessoas no mundo.
 Tomates resistentes ao excesso de sal: Segundo a revista “Nature
Biotechnology”, graças à injeção de um único gene capaz de absorver um
excedente de sal em plantações de tomate, cientistas conseguiram fazer crescer
e desenvolver em água contendo forte teor de sódio, tomates perfeitamente
comestíveis. O gene introduzido atua sobre uma proteína como um filtro capaz de
captar e isolar o sódio excedente.
PROCEDIMENTOS PARA A OBTENÇÃO DE VEGETAIS TRANSGÊNICOS:
Para obter plantas transgênica são necessários:
- um gene de interesse;
- uma técnica para transformar células vegetais através da introdução do
gene de interesse.
- uma técnica para gerar uma planta inteira a partir de uma só célula
transformada.
Após esta última etapa, teremos uma planta transgênica, porque ela contém,
além dos genes naturais, um gene adicional proveniente de outro organismo, que
pode ser uma planta, uma bactéria ou até um animal.
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10. GENES DE INTERESSE:
O genoma de uma bactéria contém em média 5000 genes, o de plantas, entre
40000 e 60000, enquanto o genoma humano consiste de aproximadamente 30.000
genes. Os genes são segmentos de um mesmo tipo de molécula: o ácido
desoxirribonucléico (DNA) e é esta característica que permite que genes de um
organismo sejam potencialmente funcionais em outro.
Uma das possibilidades para isolamento de um gene é a construção de uma
“biblioteca genômica” e, para isso, o DNA do organismo contendo o gene de
interesse é extraído. Em seguida o DNA é cortado em fragmentos menores
utilizando as enzimas de restrição. Estes fragmentos são, então, ligados a outros
fragmentos de DNA, mas que podem se replicar em bactérias, onde este material é
inserido e replicado por várias vezes. Depois, seleciona-se a colônia de bactérias
que contém o fragmento de DNA correspondente ao gene de interesse. Diversos
genes de interesse agronômico já foram isolados, entre eles temos:
- Gene que codifica uma proteína capaz de modificar herbicidas,
inativando-os. Os herbicidas são muito usados no controle de ervas daninhas,
entretanto, algumas culturas não sobrevivem à aplicação deste produto. Deste
modo, culturas contendo este gene poderiam tornar-se resistentes ao herbicida,
facilitando assim o controle das ervas.
- Gene que codifica uma proteína de alto valor nutricional, presente
na castanha-do-pará. Este gene poderia ser usado para aumentar o valor nutricional
de culturas importantes como feijão e soja.
- Genes bacterianos que codificam proteínas com propriedades
tóxicas para insetos. Os insetos que se alimentassem de plantas expressando este
gene morreriam ou se desenvolveriam com menor eficiência, levando ao seu controle
na cultura.
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11. TRANSFERÊNCIA DOS GENES DE INTERESSE:
A transferência dos genes se dá diretamente na célula vegetal, sendo o
processo mais utilizado (especialmente para o caso de monocotiledôneas), ou
através de agrobactérias. A transferência é alcançada por um dos métodos
seguintes:
A-) Eletroporação de protoplastos e células vegetais: Protoplastos são células
vegetais, desprovidas de parede celular. Para a transformação, são incubados em
soluções que contêm os genes a serem transferidos e, em seguida, um choque
elétrico de alta voltagem é aplicado por curtíssimo tempo. O choque causa uma
alteração da membrana celular, o que permite a penetração e eventual integração
dos genes no genoma.
B-) Biobalística: Técnica introduzida no início da década de oitenta. Baseia-se
na utilização de microprojéteis de ouro ou tungstênio cobertos com os genes de
interesse. Os microprojéteis são acelerados com pólvora ou gás em direção aos
alvos que, neste caso, são os tecidos vegetais. Os genes entram nas células junto
com o projétil de maneira não-letal, localizando-se aleatoriamente nas organelas
celulares. Em seguida, o DNA é dissociado das micropartículas pela ação do líquido
celular, ocorrendo o processo de integração do gene exógeno no genoma do
organismo a ser modificado. A velocidade alcançada pelos microprojéteis atinge
cerca de 1500 Km/h.
Uma das vantagens do sistema é que este permite a introdução e expressão
gênica em qualquer tipo de célula. Assim, foi permitida a transformação in situ de
células diferenciadas sem necessidade de regeneração. Outra importante vantagem
está na possibilidade de obtenção de plantas transgênicas através da
transformação de células-mãe do meristema apical. A técnica de biobalística
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12. mostrou-se bastante eficiente, pois as micropartículas conseguem atingir as três
camadas do meristema apical.
REGENERAÇÃO DAS PLANTAS A PARTIR DAS CÉLULAS
TRANSFORMADAS:
Uma vez inserido o gene na célula vegetal, por um dos métodos mencionados
acima, esta célula ou grupos delas são estimuladas a gerar uma planta transformada.
A transformação de uma célula vegetal é um tipo de manipulação genética que
atende ao mesmo princípio da transformação de microrganismos, estabelecido pela
primeira vez em 1973, quando Stanley e Cohen, em São Francisco, introduziram o
gene proveniente de uma rã em uma bactéria. No entanto, há diferenças conceituais
entre a situação com microrganismos e com plantas: nos primeiros, os objetivos
finais são mudanças operadas no nível celular, enquanto que em eucariotos
superiores, como plantas e animais, as mudanças obtidas no nível celular não são
significativas, a não ser que possam ser transferidas para todas as células do
organismo. Ou seja, o domínio das técnicas de regeneração de plantas inteiras a
partir de uma única célula é condição sine qua non na biotecnologia aplicada para a
agricultura. E como cada espécie de planta tem diferentes exigências hormonais,
nutricionais e ambientais para a regeneração, esta etapa ainda representa o maior
gargalo na criação de plantas transgênicas, embora esta técnica já esteja
estabelecida para inúmeras plantas de interesse econômico.
III. ANIMAIS TRANSGÊNICOS
A manipulação transgênica em animais é uma das questões mais
controversas dentro da comunidade científica. A tecnologia pode ser usada para
criar animais de fazenda mais produtivos, transformá-lo em “fábrica de remédios”
ou desenvolver modelos animais em laboratório para estudo de doenças humanas.
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13. Em resumo, um transgene é um fragmento de DNA, em geral a
seqüência completa de um gene, artificialmente introduzido no genoma de outro
organismo.
Para obter um organismo transgênico, primeiro o gene de interesse é
identificado e isolado (clonagem gênica). Depois, é preciso montar o transgene,
porque nem todo gene é expresso (levando a célula a produzir proteína) em todos os
tecidos. Só os glóbulos vermelhos do sangue, por exemplo, expressam a
hemoglobina, proteína que transporta o oxigênio aos tecidos. Além disso, a
expressão dos genes em cada célula varia de acordo com seu estado funcional.
Montagem de um transgene (desenvolvimento de camundongos
transgênicos)
A expressão gênica depende de uma intrincada rede de controle baseada,
entre outras coisas, no reconhecimento de seqüências de DNA denominadas
“promotores”. A presença de certo promotor junto ao gene dirige sua expressão
para determinado tipo de célula. Como os promotores não codificam proteínas, são
alvos preferenciais para manipulação.
É possível usar enzimas de restrição para cortar o DNA em locais específicos
e também, “emendar” fragmentos de DNA com outras enzimas. Isso levou à idéia de
ligar um promotor de função bem conhecida a um transgene. Em tese, um promotor
que coordene a expressão do gene de uma proteína da pele pode induzir a expressão
de qualquer transgene na pele. Esse é o truque usado para dirigir a expressão de um
transgene para determinadas células de um camundongo.
Preparado o conjunto promotor-transgene, o passo seguinte é injetá-lo em
pró-núcleos de embriões. Estes são transferidos para o útero de fêmeas receptivas
(em estado de falsa-prenhez, induzido pelo cruzamento com machos
vasectomizados). Os filhotes nascem em 20 dias, mas ainda é necessário examinar o
DNA para confirmar se tem o transgene e selecionar os positivos (transgênicos).
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14. Por último, a proteína associada ao transgene é identificada nos filhotes e seu nível
de expressão é medido em células específicas.
Uma linhagem de camundongos transgênicos é com freqüência uma
ferramenta poderosa para o estudo in vivo de processos biológicos. Podem-se
reproduzir doenças humanas (câncer, diabetes, imunodeficiências e outras) ou
alterar vias metabólicas específicas e avaliar em detalhes a atuação celular. Esses
animais permitiriam grandes avanços em áreas como imunologia, neurologia, biologia
celular e outras.
Embora seja um grande avanço tecnológico, a geração de animais
transgênicos tem limitações. Por ser aleatória, a integração do transgene ao DNA
pode resultar na mutação de outro gene (e não do gene alvo). Também há variações
no número de cópias integradas e no nível de expressão do transgene, ou seja, na
quantidade produzida da proteína correspondente. Além disso, como o gene-alvo
continua intacto, não se sabe a priori como sua expressão será afetada pelo
transgene. Isso exige a geração de várias linhagens independentes de animais com o
mesmo transgene, para comparar o efeito no organismo de diferentes doses da
proteína em estudo.
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