Engenharia Genética - Biologia

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Engenharia Genética, trabalho de pesquisa para a disciplina de Biologia.

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Engenharia Genética - Biologia

  1. 1.                 Trabalho de pesquisa ENGENHARIA GENÉTICA                       Tiago  Faísca     Biologia     3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  2. 2. Introdução         Desde o século XVII que o conhecimento e a técnica têm vindo a desenvolver de um modo que a biologia, sobretudo a genética através da engenharia e da articulação com outros sectores tecno científicos, trazem a partir dessas mudanças, questões inéditas para a humanidade. O primeiro trabalho sobre a estrutura da molécula DNA, foi publicado na revista Nature em 1953. Os pioneiros da biologia molecular foram Watson e Crick que constituem um marco no desenvolvimento científico, pois propuseram o modelo de dupla hélice para o DNA e sugeriram uma possível forma de esta molécula se replicar. Em meados dos anos de 1972, Paul Berg e os seus colegas David Jackson e Robert Simons, da universidade de Stanford, Estados Unidos, conseguiram pela primeira vez criar uma molécula de DNA híbrida, isto é, produziram uma molécula única contendo DNA de diferentes organismos. Esta combinação foi designada como a criação da engenharia genética. A partir dai, a engenharia genética tem sido uma das ciências que mais se desenvolveu ao longo dos anos, e atualmente vem recebendo grande importância devido aos seus sucessos e às suas muitas descobertas. De um modo geral, segundo Aragão, a engenharia genética envolve, entre outras coisas, a criação de inúmeras combinações entre genes de organismos diferentes, através da manipulação dos genes. Nas últimas décadas os eventos tecno-científicos têm alcançado tal dinamismo que proezas artificiais contemporâneas nos permitem comer alimentos produzidos pela modificação, no laboratório, de genes de diferentes espécies ou de espécies melhoradas como por exemplo, tomates com cheiro de limão ou tomates que não amassam, de cereais diversos num só, de medicamentos personalizados que prometem descartar a possibilidade de doenças hereditárias, entre outros. 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  3. 3. Engenharia Genética e a Saúde A engenharia genética é a modificação dos seres vivos pela manipulação direta do ADN, através da inserção ou deleção de fragmentos específicos. A sua aplicação pode ser na produção de vacinas, proteínas por microorganismos, alimentos, transplantes, terapia genética, animais transgênicos. Terapia Génica Terapia génica ou geneterapia é o tratamento, ou a sua tentativa, de doenças genéticas ou não-genéticas por meio da introdução, em células específicas do organismo, de uma cópia normal de um gene mutado ou em falta, ou por modulação da expressão genica. Uma doença poderá ser objecto de terapia génica quando se verificam os seguintes critérios: • Perigo de vida na ausência de terapia génica e inexistência de recursos terapêuticos alternativos • Relação favorável na ponderação do risco/benefício para o indivíduo e para a espécie • Clonagem e sequenciação prévia do gene em causa e dos seus elementos reguladores • Conhecimento da patologia molecular da doença • Ausência de precisão da dosagem génica • Existência de soluções técnicas para introduzir o gene nas células ou para modular a expressão do alelo mutado • Identificação das células alvo e da proporção de células a tratar para obter efeito terapêutico • Existência de experimentação prévia em modelos animais que demonstre a segurança do método, Os retrovírus são outro grupo de importância bastante acentuada em estudos de terapia génica. A sua propriedade de integração ao genoma hospedeiro acentua a possibilidade de garantir uma expressão estável do transgene. As vantagens da utilização de retrovírus são a elevada eficiência (podendo ser traduzidas 100% das células), a ausência de toxicidade, a tradução simultânea 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  4. 4. de tantas células quanto as desejadas, a possibilidade de inserção no genoma humano de células hospedeiras de apenas uma cópia do DNA traduzido, a inserção do DNA no genoma e estabilidade do efeito terapêutico prolongada com risco quase nulo para as células. Contudo, há desvantagens associadas ao retrovírus tais como a necessidade das células estarem em divisão para se incorporarem no núcleo, a inactivação rápida devido ao complemento de soro, o comprimento do gene a inserir não pode ultrapassar as 8Kb, a instabilidade podendo a purificação reduzir a eficácia da tradução, a inserção ao acaso pode provocar mutagénese insercional, a dificuldade de regular com precisão a dose génica, a possibilidade de expressão transitória, a possibilidade de incorporação do retrovírus em células germinativas sem previsão ou tratamento das consequências para as gerações futuras. Os vírus adeno-associados são uma categoria de vectores que compreende uma pequena família dos parvovírus, que necessitam da colaboração de um outro vírus para infectar a célula, geralmente um adenovírus. Possuem algumas vantagens em relação aos demais sistemas virais, como integração específica no local, alta definição tecidual e ausência de efeitos patogénicos. No entanto, a limitação do tamanho do transgene carregado, a necessidade de vírus auxiliares para a produção destes vectores e, em certos casos, a perda da capacidade de integração localmente dirigida têm limitado a utilização destes vectores. Por último, devemos destacar a importância dos vectores baseados em herpesvírus, que estão a ganhar um notável destaque pelo seu tropismo bastante elevado nas células nervosas. Assim, acredita-se que a utilização destes vírus para procedimentos de transferência génica em células do sistema nervoso seja uma alternativa bastante viável futuramente. Fig.  1  –  Esquema  do   procedimento  de  terapia  genética   utilizando  vectores  virais.       3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  5. 5. Vectores O gene de interesse é transportado por um vector e está contido numa molécula de ADN ou RNA que carrega ainda outros elementos genéticos importantes para sua manutenção e expressão. As formas de transferência deste vector são muito variadas. Em primeiro lugar, é importante definir se é mais apropriado introduzir o gene diretamente no organismo (in vivo) ou se, alternativamente, células serão retiradas do indivíduo, modificadas e depois reintroduzidas (ex vivo). Conforme detalhado a seguir, algumas das formas de transferência utilizam vírus, dos quais os principais são os retrovírus, os adenovírus e os vírus adeno-associados. Outras formas de transferência incluem a injecção directa do gene no organismo, bem como métodos utilizando princípios físicos (biolística, eletroporação) ou químicos (lipofecção). A avaliação do sucesso do procedimento envolve a análise da manutenção de expressão do gene nas células transformadas e a correcção da doença. Um vector ideal teria algumas características altamente desejáveis, entre as quais podemos destacar as seguintes: fácil manipulação, produção e purificação; flexibilidade quanto ao tamanho do gene inserido; alta eficiência de transferência génica; e baixa toxicidade. A escolha deste depende essencialmente da doença, do gene terapêutico, a via de administração e a duração desejada da expressão génica. Vectores Virais De todos os sistemas de transferência génica, os virais são os actualmente mais utilizados nos estudos para desenvolvimento de protocolos de terapia génica, devido principalmente à alta eficiência de tradução obtida com estes vectores. Os adenovírus são vírus responsáveis pelas infecções benignas do tracto respiratório, mais concretamente de rinofaringites. São capazes de penetrar tanto em células em proliferação, como em células em não proliferação, não inserindo o seu material genético no genoma da célula hóspede, mantendo a sua actividade durante 10 meses. São bastante utilizados principalmente devido à pouca patogenicidade e ao tropismo amplo por células humanas. No entanto, a grande imunogenicidade e a expressão génica temporária relacionadas a estes vectores limitam suas aplicações. Atualmente, os adenovírus têm uma aplicação importante na transferência de genes suicidas a tumores. Vectores não virais Os plasmídeos são moléculas de ADN circulares, extragenómicos, de replicação autónoma e independente do cromossoma bacteriano. Estes apresentam vantagem adaptativa às bactérias, como o poder de infecção no 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  6. 6. caso de patogenias, além da resistência a antibióticos e a possibilidade de defesa contra bactérias. São elementos extremamente importantes para a biotecnologia, uma vez que possuem genes que controlam a capacidade da própria transferência de uma célula bacteriana para outra. As suas vantagens são fácil manipulação e potencial para produção de grandes quantidades; não é patogénico nem imunogénico; não necessita de vector para infecção; pode programar expressão génica a longo prazo em células pós-mitóticas in vivo. Tipos de terapia génica Terapia génica somática • Este tipo de terapia génica é feito em células somáticas do indivíduo doente, submetidas a tradução com o gene normal. É utilizada para não relacionados com a produção de gâmetas. Pode ser comparada ao processo de transplante de um órgão, pois pode curar o indivíduo, porém o mecanismo somático responsável por essa cura não é transmitido aos descendentes. A sua característica básica é a de provocar uma alteração no ADN do portador da patologia, através da utilização de um vector. Os problemas operacionais associados a esta técnica são: o tempo de vida da célula hospedeira; a baixa expressão do gene; o controlo da expressão génica; a dificuldade de atingir o tecido- alvo e o seu potencial oncogênico. Terapia génica germinativa • Baseia-se na alteração de células reprodutivas (óvulos, espermatozóides ou células precursoras). Além das questões éticas, esta terapia apresenta inúmeros problemas operacionais: alta taxa de mortalidade; desenvolvimento de tumores e malformações; alteração de embriões potencialmente normais e a irreversibilidade das acções. Ex vivo • A técnica ex vivo é viável quando o erro está presente nas células do sangue ou quando o erro é sistémico e pode ser corrigido por transfecção ou tradução de células sem especificidade do tecido. As células são recolhidas do doente, são tratadas in vitro e, posteriormente, reintroduzidas no organismo. A maior parte da terapia génica é realizada por esta técnica. Retiram-se as células do organismo, faz-se cultura das mesmas, usam-se vectores para nelas inserir o gene previamente isolado e, por infusão, essas células são reincorporadas no organismo. As células da medula são as mais usadas em terapia ex vivo, embora existam testes em outros tipos de células. A grande vantagem desta 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  7. 7. técnica é a selecção das células para as quais a manipulação vai ser efectuada, permitindo também que estas sejam testadas logo após a seu interior codificam. In vivo • Na técnica in vivo, a terapia génica é executada no indivíduo, sem definição de um território específico, por injecção na corrente sanguínea dos vectores recombinantes. O gene modificado é levado directamente ao organismo do paciente, também usando vectores, porém sem a retirada de células e sua subsequente reintrodução no paciente. Esta técnica é mais fácil de implementar e não necessita de tanto apoio tecnológico como a técnica ex vivo. Contudo, a técnica in vivo depara com algumas dificuldades, tais como a acção do sistema imunológico e a não selectividade dos vectores para as células alvo. Objecções à terapia génica Para esta ser considerada um recurso na prática clínica, são necessárias aquisições aparentemente inatingíveis, como as que permitam aos vectores uma direccionalidade segura em termos de células alvo quando esta for necessária, uma adequação na inserção no locus homólogo em contraposição à inserção ao acaso no genoma, uma dosagem genica adequada, um efeito de cura que se prolongue a vida do indivíduo, custos reduzidos, efeitos colaterais reduzidos e uma relação risco/benefício atractiva. Testes genéticos As nossas células possuem um conjunto de genes, em que estes controlam o nosso crescimento e o modo como o corpo funciona, são ainda responsáveis por muitas das nossas características, tais como a cor dos olhos, grupo de sangue ou a altura, entre outros. Os genes estão contidos em cromossomas, no qual possuímos 46 cromossomas herdados pelos pais, 23 pares da mãe e 23 do pai, em cada uma da maioria das nossas células. Por vezes, ocorre uma alteração, ou seja uma mutação, na cópia de um gene ou cromossoma, que o impede de funcionar devidamente. Esta mudança pode provocar uma doença genética, pois o gene deixa de comunicar as instruções correctas ao organismo. Alguns exemplos de doenças genéticas incluem a síndrome de Down, a paramiloidose, a fibrose cística e a distrofia muscular de Duchenne. 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  8. 8. Para que se identifique as alterações nos cromossomas, genes ou proteínas deve se recorrer a testes genéticos, estas alterações na maioria das vezes são hereditárias. Os resultados deste tipo de teste pode confirmar ou descartar uma suspeita condição genética ou ajudar a determinar a possibilidade de uma pessoa desenvolver ou transmitir uma doença genética. Na fig. 2 está demonstrado um esquema do procedimento dos testes genéticos. Vantagens e desvantagens da utilização de Organismos Geneticamente Modificados Vantagens: • O alimento pode ser enriquecido com um componente nutricional essencial, como por exemplo, o arroz geneticamente modificado que produz vitamina A. • Um microorganismo geneticamente modificado produz enzimas usadas na fabricação de queijos e pães, reduzindo o seu preço Desvantagens: • Apenas em poucos laboratórios tem os dispendiosos equipamentos, reagentes e pesquisadpres capazes de obter organismos transgênicos com toda a segurança requerida pela Lei de Biosegurança. • Após a obtenção do organismo transgénico, segue-se a fase mais longa e dispendiosa, de cinco ou mais anos, e milhões de euros para selecionar e desenvolver o produto. Somente algumas empresas tem a capacidade para aguentar com os custos necessários para lançar novos organismos transgénicos. Fig.2  –  Esquema  de  procedimento   de  teste  genético   3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  9. 9. Vantagens e desvantagens da utilização da engenharia genética na agricultura • Engenheiros genéticos afirmas 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 riqueza. Portanto, não haveria necessidade de produção de alimentos geneticamente modificados. • Outros ainda afirmas que as modificações genéticas podem ter consequências inesperadas, podendo danificar tanto nos organismos modificados como no seu ambiente. 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  10. 10. Conclusão Para algumas pessoas, esta é a oportunidade para uma vida melhor e mais saudável, mas existem outras que temem que apenas se esteja a tentar criar um ser humano perfeito no caso da clonagem. A engenharia genética pode ser usada para melhorar a vida das pessoas, mas também poderia ser usada para prejudicar a vida das pessoas. No entanto, a engenharia genética aplicada à saúde como se pode concluir, após a realização deste trabalho é que se no futuro a pesquisa sobre processos de manipulação do DNA humano for realizada com mais precisão e eficácia, os cientistas serão capazes de criar curas para doenças que não são curáveis hoje, como os defeitos de nascimento poderem ser quase totalmente eliminados se os médicos foram capazes de mudar os genes da criança antes do nascimento. O processo também pode ser adaptado para curar doenças hereditárias e impedi-los de passar às gerações futuras. Também poderia permitir que pessoas com história familiar de doenças, como cancro, para modificar a sua predisposição genética à doença. Com o passar do tempo e com descobertas sempre a surgirem, as pessoas poderão manter os seus estilos de vidas sem a ameaça de por exemplo a SIDA ou cancro e não teriam que viver com medo de contrair um vírus mortal ou doença hereditária. Hoje em dia, é usada na luta contra problemas como a fibrose cística, diabetes, entre outros. Embora possam ter um efeito positivo, os novos organismos criados por engenharia genética podem representar um problema ecológico. As mudanças que a espécie geneticamente faria no ambiente de uma região são imprevisíveis. Assim como uma espécie exótica, o lançamento de uma nova espécie geneticamente modificados também teria a possibilidade de causar um desequilíbrio na ecologia de uma região. A engenharia genética também pode criar efeitos secundários desconhecidos, pois alterações numa planta ou animal podem causar reações alérgicas em algumas pessoas que na sua forma original não ocorreriam. 3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  
  11. 11. Webgrafia • http://www.eurogentest.org/patient /leaflet/portuguese/what_is_a_genetic_tes t.xhtml – 14 de Dezembro de 2010. • http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_gen%C3%A9tica • http://ambientes.ambientebrasil.com.br/biotecnologia/artigos_de_biotecn ologia/engenharia_genetica_(a_ciencia_da_vida).html • http://www.infoescola.com/biologia/engenharia-genetica/ • http://www.infopedia.pt/$engenharia-­‐genetica   3ºAno  do  Curso  Técnico  de  Processamento  e  Controlo  de  Qualidade  Alimentar  

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