Modificar a estrutura genética dos organismos é uma parte central da biotecnologia moderna. Este artigo discutirá biotecnologia e engenharia genética, fornecendo uma visão geral do assunto.

O campo da biotecnologia moderna: uma visão geral

A biotecnologia é um campo que se preocupa com a aplicação do conhecimento científico e da engenharia aos organismos vivos. Organismos, partes e produtos desses organismos são usados ​​direta ou indiretamente em sua forma natural ou modificada. A biotecnologia é um amplo campo de estudo usado em vários setores, como medicina, ciência de alimentos e remediação ambiental.

As técnicas centrais da biotecnologia “moderna” incluem a fusão celular e a engenharia genética. Técnicas tradicionais, como o cruzamento seletivo, também são comumente empregadas em biotecnologia, da mesma forma que têm sido por milênios. Recentemente, a engenharia genética tem visto a expansão do uso em biotecnologia devido aos avanços no conhecimento e na tecnologia. Muitos alimentos básicos, por exemplo, agora são geneticamente modificados.

Engenharia genética: uma visão geral

Modificar o genoma de organismos como plantas, animais e micróbios tornou-se um tópico de discussão nos últimos anos. A modificação de organismos para criar características favoráveis ​​começou há cerca de 10.000 anos. Ainda assim, não foi até que Gregor Mendel fundou o campo moderno da genética em 1800 que o processo de como a informação genética é transferida entre gerações e organismos começou a ser entendido.

Na agricultura e na produção de alimentos, podem ser introduzidas características desejáveis ​​que melhoram o rendimento, a resistência a doenças, o conteúdo nutricional e o sabor das culturas. Organismos individuais que expressam essas características favoráveis ​​são selecionados e criados, melhorando a expressão do material genético nas gerações subsequentes. Microrganismos podem ser geneticamente manipulados para expressar drogas para a indústria biomédica. O campo moderno da engenharia genética é complexo e em evolução.

Técnicas de engenharia não genética em plantas e animais

Antes de listar algumas das técnicas de engenharia genética comumente usadas para modificar espécies vegetais e animais, vale a pena explorar os métodos de engenharia não genética comumente empregados em biotecnologia. Enquanto as técnicas tradicionais de reprodução estão sendo suplantadas pela modificação genética, ainda existem muitos métodos não genéticos de engenharia de organismos na indústria de alimentos e agricultura.

Nas plantas, a técnica mais direta que tem sido usada desde a pré-história é a seleção simples. Uma população de plantas geneticamente heterogêneas é inspecionada e aqueles organismos individuais que expressam características favoráveis ​​são selecionados. Isso facilita a propagação dessas características, e as sementes desses organismos são plantadas. A tecnologia moderna aprimorou esse método.

Um exemplo de tecnologia moderna usada para melhorar a seleção é a seleção assistida por marcadores . A análise molecular detecta organismos individuais que provavelmente expressam características favoráveis, como maior rendimento e resistência a doenças. Este método é muito mais rápido e específico do que a seleção tradicional. Outro método moderno de engenharia não genética é a engenharia cromossômica, onde cromossomos de espécies próximas ou diferentes são recombinados usando translocação cromossômica.

Outros métodos não genéticos para o melhoramento de plantas incluem resgate de embriões, hibridização somática e indução de mutações via mutagênese química e de raios-X. Em animais, técnicas como domesticação, seleção artificial, reprodução assistida e divisão de embriões são comumente empregadas.

Engenharia Genética em Plantas

A engenharia genética funciona introduzindo uma mudança de DNA direcionada nas células vegetais para produzir uma característica favorável. A engenharia genética é mais rápida e específica do que os métodos tradicionais. Muitas técnicas de engenharia genética podem adaptar espécies de plantas para expressar características como maior rendimento e resistência a estresses ambientais e doenças. Alguns deles estão listados abaixo.

Os vetores microbianos são usados ​​para introduzir material genético nas plantas. Uma bactéria comum usada para esse fim é a Agrobacterium tumefaciens , que causa a doença da galha da coroa. A. tumefaciens é incomum, pois transfere uma porção de seu DNA para uma planta hospedeira após a infecção. O DNA pode ser inserido em organismos A. tumefaciens geneticamente alterados para introduzir novo material genético.

Outro processo é chamado de microinjeção . Nesta técnica, o DNA é injetado diretamente nas células âncoras. No entanto, esta técnica é trabalhosa e ineficiente. A eletroporação usa um impulso elétrico para introduzir DNA de um meio de cultura em protoplastos de plantas. Estes podem então crescer em plantas totalmente formadas que incorporam o DNA. Outro exemplo de engenharia genética de plantas é o uso de transposons, segmentos curtos de DNA que podem se mover entre locais nos genomas.

Engenharia genética em animais

A engenharia genética em animais é diferente das técnicas usadas para plantas. A técnica primária, embora controversa, é a clonagem. Além disso, as linhagens germinativas de animais podem ser acessadas usando vários métodos, como manipulação direta de óvulos fertilizados, manipulação de esperma, usando linhas de células-tronco embrionárias e manipulação de células somáticas cultivadas.

Outras maneiras de alterar geneticamente células animais incluem transfecção via microinjeção, eletroporação, lipofecção, vetores retrovirais, transposons, tecnologia knock-in e knock-out e seleção assistida por marcadores. Enquanto a engenharia genética está sendo explorada mais amplamente para espécies animais, preocupações éticas e de segurança se mostram desafiadoras para o campo.

Engenharia genética em micróbios

Microrganismos geneticamente modificados são essenciais para indústrias-chave, como ciências médicas, alimentos, produção de biocombustíveis e remediação ambiental. Microrganismos comercialmente utilizados incluem bactérias, bolores e leveduras. Antes do desenvolvimento da genética molecular, os microrganismos eram geralmente modificados usando ultravioleta e mutagênese química. Um processo natural ainda utilizado é a conjugação, onde o material genético é trocado entre as linhagens.

Existem vários métodos de engenharia genética para introduzir DNA recombinante em micróbios. Estes incluem transformação, transdução e eletroporação. Destes métodos, a transformação é o mais comumente usado. A eletroporação também é amplamente utilizada em estudos de pesquisa, mas sofre em termos de eficiência em muitas espécies microbianas diferentes. O CRISPR-Cas9 emergiu como uma tecnologia líder para modificar geneticamente cepas microbianas nos últimos anos. Os vetores virais e as bibliotecas de fagos estão sendo cada vez mais utilizados.

O futuro

À medida que os cientistas continuam a revelar mais sobre o código genético, as oportunidades para os campos da biotecnologia e da engenharia genética são promissoras. No entanto, existem preocupações éticas e de segurança sobre os efeitos a longo prazo da engenharia genética, especialmente porque é uma disciplina jovem. No entanto, as possibilidades do campo para várias indústrias-chave no século 21 são vastas.

Artigo Retirado de News Medical.