Engenharia Genetica

Introdução

Engenharia Genética é um conjunto de técnicas que envolvem a manipulação de genes de um determinado organismo, geralmente de forma artificial. Esta manipulação envolve duplicação, transferência e isolamento de genes, com o objetivo de produzir organismos geneticamente melhorados para desempenharem melhor suas funções e produzir substâncias úteis ao homem.

Através da engenharia genética muitos hormônios passaram a ser produzidos por bactérias com DNA modificado, como por exemplo, a insulina, que era produzida por animais e causava alguns efeitos colaterais indesejáveis em seres humanos. O hormônio de crescimento era extraído da hipófise de cadáveres e houve casos de pessoas que se contaminaram com uma doença neurológica chamada Creutzfeldt-Jakob.

Mapeamento Genético

Através da técnica de hibridização in situ os genes dos cromossomos podem ser mapeados. Para isso são utilizadas sondas feitas a partir de proteínas ou de RNA mensageiro, que produz uma cadeia de DNA complementar contendo um marcador. Células de um organismo são retiradas e são feitas várias cópias do DNA, que são marcadas com os marcadores que podem ser radioativos ou fluorescentes e estudadas.

Podemos também identificar nos cromossomos, genes que causam certas doenças, como foi o caso da doença de Tay-Sachs. Através da técnica de screening genético, adolescentes que vivem na Europa do Leste e Central podem fazer este exame para diagnosticar gene recessivo e optar por não terem filhos.

Clonagem

Através do processo de clonagem podemos produzir várias cópias idênticas de um mesmo organismo. Utilizando a técnica do DNA recombinante, que é a união de fragmentos de DNA de diferentes fontes biológicas, é possível isolar enzimas de restrição de bactérias e cloná-las.

As enzimas de restrição promovem a fragmentação do DNA em regiões determinadas. São produzidas por bactérias e atuam na defesa delas contra os vírus, cortando os pedaços do DNA viral, porém em regiões específicas, de acordo com a seqüência de bases nitrogenadas. Unindo-se um fragmento deste DNA cortado com o DNA de outro organismo, cria-se um DNA recombinante, que é introduzido em um organismo, que se reproduz, dando origem à varias cópias deste gene. Este processo chama-se clonagem de DNA.

Através desta técnica, pode-se inserir no DNA de certas bactérias o gene humano responsável pela produção de insulina, estimulando-as a produzir este hormônio, que é idêntico ao produzido pelo pâncreas. O hormônio de crescimento somatotrofina também utiliza desta técnica para se produzido em laboratório.

Projeto Genoma

Genoma é o conjunto de genes que compõem um organismo. O projeito Genoma Humano iniciou em 1990 com o objetivo de identificar a seqüência de bases de cada gene, de cada célula do organismo humano.

Fingerprinting

Através do estudo do DNA, podemos identificar pessoas e fazer testes de paternidade pela técnica de fingerprinting. Esta técnica é muito útil para se identificar suspeitos de crime.

O DNA é composto de regiões que não codificam proteínas, que ficam intercaladas entre os genes, formadas por unidades que possuem seqüências definidas de bases, e formam várias unidades repetidas. Alterações nestas seqüências são chamadas polimorfismos e determinam a variabilidade genética da população. No DNA fingerprinting estas unidades são mapeadas.

Organismos transgênicos e agricultura

Os organismos transgênicos são geneticamente modificados para a produção de substâncias de interesse para o consumo humano. Eles recebem genes de outros organismos.

Na agricultura esta técnica é muito empregada. Há plantas que receberam DNA de bactérias que conferem resistência à insetos e componentes de certos herbicidas.

A DUPLICAÇÃO DO DNA

Precisa ter uma enzima especial: O DNA polimerase.
Com ela:
·As pontes de hidrogênio que ligam as bases nitrogenadas se rompem. As duas fitas se separam;

·Os nucleotídeos livres que já existiam nas células encaixam-se nas duas fitas que se afastaram;

·Quando as duas fitas originais tiverem sido complementadas por nucleotídeos novos estaremos na presença de duas moléculas de DNA idênticas entre si.

·Em cada molécula há um filamento antigo (duplicação semiconservativa), que pertencia à molécula-mãe, e um novo, que se formou sobre o antigo;

A SÍNTESE DE DNA A PARTIR DE RNA

Uma diferença importante em relação à duplicação é que apenas uma fita de DNA funciona como molde.
Eventos:
·É necessária a presença da enzima: DNA polimerase;

·As pontes de hidrogênio se desfazem, as duas fitas de DNA se afastam;

·Encaixam-se os nucleotídeos livres de RNA apenas numa das fitas de DNA, chamada fita ativa;

·A molécula de RNA (fita única) se destaca de seu molde de DNA e migra para o citoplasma;

·As duas fitas de DNA tornam a se parear, reconstituindo a molécula original;

·Se uma molécula tem 15% de citosina, então tem: 15% de guanina, 35% adenina e 35% de timina.

Síntese Proteíca

       O início da síntese de uma proteína se dá quando determinado trecho de DNA, um gene, tem suas duas cadeias separadas pela ação de uma enzima chamada polimerase do RNA. A polimerase do RNA orienta os nucleotídeos livres presentes no núcleo junto a uma dessas cadeias de DNA. Os nucleotídeos de RNA agrupam-se segundo um emparelhamento de bases nitrogenadas parecido com o das duas cadeias do DNA, com a diferença de que a adenina se emparelha com a uracila (A - U). Forma-se então uma nova molécula de RNA, chamada de mRNA, que se desprende da cadeia de DNA e migra para o citoplasma. Este processo é chamado de transcrição.

       A sequência de bases transcritas a partir do DNA carrega consigo a informação codificada para a construção de uma molécula de proteína. Essa codificação se dá na forma de trincas de bases nitrogenadas, chamadas códons.

       As proteínas são moléculas formadas por uma sequência de unidades menores chamadas aminoácidos. Os códons do RNA formado nesse processo determinam os aminoácidos que constituirão uma determinada molécula de proteína. Eles contêm, portanto, uma mensagem para a síntese proteica.

       A etapa seguinte da síntese proteica ocorre no citoplasma das células, onde o mRNA formado durante a transcrição acopla-se a organelas chamadas ribossomos, que são constituídas por rRNA associado a proteínas. É nos ribossomos que ocorre a síntese - e eles podem encontrar-se livres no citoplasma ou associados ao retículo endoplasmático rugoso.

       Entra em ação, então, o RNA transportador, que recebe esse nome em virtude de transportar com ele os aminoácidos (unidades constituintes das proteínas). No tRNA há uma trinca de bases nitrogenadas denominadas anticódon, por meio das quais ele se liga temporariamente ao mRNA no ribossomo, pelas bases complementares (códon).

        Os aminoácidos transportados em cada tRNA unem-se entre si por meio de uma ligação química conhecida por ligação peptídica. O ribossomo, que catalisa esse processo, desloca-se então sobre o mRNAe o primeiro tRNA se desliga do conjunto ribossomo-RNAm, sendo que os aminoácidos permanecem ligados.
Em seguida, uma nova molécula de tRNA se une ao ribossomo, transportando mais um aminoácido que se junta aos outros dois. O processo continua até que todos os códons do mRNA tenham sido percorridos pelo ribossomo, recebendo os tRNA complementares e formando uma cadeia de aminoácidos, ou seja, uma molécula de proteína. Este processo é chamado de tradução.

        Todas as proteínas presentes nos mais diferentes seres vivos são compostas por combinações entre 20 aminoácidos. Chamamos de código genético a correspondência entre os códons e os aminoácidos.
As quatro bases nitrogenadas do mRNA combinam-se, três a três, formando 64 códons que correspondem a apenas 20 aminoácidos. Dois ou mais códons podem codificar um mesmo aminoácido, por isso costuma-se dizer que o código genético é degenerado. Existem também alguns códons que não correspondem a aminoácido nenhum. Neste último caso, tratam-se de códons que determinam o término do processo de tradução.

Conclusão

A Engenharia Genética é uma área relativamente recente, mas com um impacto crescente na pesquisa médica e farmacêutica, produção agrícola e pesquisa fundamental. Actualmente, assiste-se a um grande desenvolvimento na produção e aplicação de uma vasta variedade de novos produtos biológicos, que não seria possível sem as técnicas da biologia molecular e, em particular, da Engenharia Genética.   

No campo da medicina, o desenvolvimento da Engenharia Genética permitiu a produção de hormonas, vacinas e anticorpos recombinantes e a utilização de técnicas moleculares no diagnóstico de doenças genéticas e no estudo de doenças de grande impacto como o cancro e a SIDA. Na área da produção agrícola, tem sido possível criar plantas e animais com características novas, mais adaptados às limitações das condições de produção e mais produtivo tornando assim possivel os desafios de manter uma população humana crescente nos setores alimentar e de saude entre outros.