O termo engenharia genética descreve processos para modificar geneticamente organismos. Você pode descobrir aqui o que exatamente você quer dizer com isso e quais tipos de engenharia genética você pode diferenciar!
A genética molecular desenvolveu-se rapidamente nos últimos trinta anos. Um marco importante foi a identificação do DNA como portador da informação genética. Isso tornou possível realizar alterações genéticas direcionadas em microrganismos, plantas e animais, especificamente e diretamente no material genético de um organismo. A engenharia genética ( tecnologia genética ) “nasceu”.
A engenharia genética é um ramo da biotecnologia que inclui os fundamentos teóricos e os métodos práticos para a análise, modificação direcionada e transferência de material genético.
Os organismos cujo material genético foi geneticamente modificado são chamados de transgênicos . As possibilidades abertas pela engenharia genética têm impacto no melhoramento de plantas e animais, bem como na medicina, microbiologia e muitas outras áreas da nossa vida diária.
A ovelha Polly (sucessora da 1ª ovelha clone Dolly) é um exemplo do impacto que a engenharia genética tem nas nossas vidas. Nasceu em 1997. Foi a primeira ovelha transgênica e clonada do mundo. O óvulo do qual seu genoma vem continha um gene inserido para um fator de coagulação do sangue humano. Polly nasceu de uma ovelha de uma raça diferente.
O que é engenharia genética?
A engenharia genética é um processo com o qual você pode modificar artificialmente o material genético ( DNA ) dos seres vivos. Isso resulta nos chamados organismos geneticamente modificados (OGM). A engenharia genética é sobre mudar, combinar ( recombinar ) ou transferir material genético. Você pode transferir material genético dentro de uma espécie, bem como entre espécies diferentes. Isso funciona porque o código genético é o mesmo em todos os seres vivos. Como exemplo de OGM, lembre-se do tomate anti-lama. Em comparação com os tomates convencionais, eles não ficam moles tão rapidamente e, portanto, podem ser apreciados por mais tempo.
Definição de engenharia genética
O termo engenharia genética (também manipulação genética) descreve métodos em biotecnologia que são usados para a modificação genética direcionada de organismos.
Onde a engenharia genética é usada?
Os métodos de engenharia genética podem ser usados de muitas maneiras diferentes. Você pode dividi-los em cinco áreas diferentes de acordo com suas áreas de aplicação. Você distingue as áreas de acordo com as seguintes cores:
- engenharia genética verde : melhoramento de plantas (agrotecnologia)
- engenharia genética vermelha : biotecnologia médica
- engenharia genética branca : biotecnologia industrial
- engenharia genética cinza : biotecnologia ambiental
- engenharia genética azul : biotecnologia aquática
Agora vamos dar uma olhada em cada tipo.
Engenharia genética vermelha
A biotecnologia vermelha inclui todas as modificações genéticas no campo da medicina e da farmácia. Isso inclui, entre outras coisas, a fabricação de medicamentos, o diagnóstico de doenças genéticas e a terapia genética.
- Fabricação de medicamentos : Ao modificar geneticamente microrganismos, como bactérias , é possível produzir certos medicamentos em grandes quantidades. O exemplo mais conhecido é a fabricação de insulina para tratar diabetes.
- Diagnóstico: Você pode usar testes genéticos para detectar alterações no genoma – o material genético de uma célula. Tais mudanças estão na raiz de muitas doenças genéticas.
- Terapia Gênica : Este é o tratamento de doenças através da transferência de material genético para o corpo. Por exemplo, você pode “substituir” genes defeituosos. Na chamada edição genética , os cientistas tentam reparar os genes.
engenharia genética branca
A biotecnologia branca descreve o uso de métodos biotecnológicos na produção industrial . Com isso você quer dizer, por exemplo, a produção de alimentos ou produtos químicos com a ajuda de microorganismos.
A engenharia genética também está na nossa alimentação. Exemplos disso são a utilização de leveduras para a produção de cerveja ( fermentação alcoólica ) ou de enzimas em detergentes.
Engenharia genética cinza
A biotecnologia cinza, também conhecida como biotecnologia ambiental, trata principalmente da degradação biológica de resíduos e poluentes . Isso inclui água de limpeza, quebra de plástico ou, em geral, resíduos. Você também conta a remoção da contaminação por poluentes como engenharia genética cinzenta. Em estações de tratamento de esgoto, por exemplo, são usados microrganismos que podem se alimentar dos nutrientes em nossas águas residuais.
Engenharia genética azul
A tecnologia do gene azul lida com métodos que podem ser usados em organismos marinhos (marinhos) . A pesquisa de criaturas marinhas que se adaptaram às condições extremas do mar deve oferecer novas substâncias biológicas para uso em processos técnicos. Por exemplo, as bactérias do fundo do mar, em particular, podem conter enzimas com propriedades especiais. As enzimas nestes organismos têm que suportar temperaturas muito altas ou baixas.
Engenharia genética verde
A maior área da engenharia genética é a engenharia genética verde . Isso inclui todos os métodos de modificação genética de plantas – especialmente o uso de engenharia genética na agricultura. Você já ouviu falar do tomate anti-lama ou do arroz dourado? Se você quiser saber mais sobre este vegetal e como criá-lo, você pode ler mais sobre ele aqui!
Como funciona a engenharia genética?
Existem vários métodos em engenharia genética para modificar o DNA. Os dois passos básicos são:
- A produção de DNA geneticamente modificado
- A introdução direta ou indireta do material genético modificado no organismo
Vamos dar uma olhada detalhada nos métodos mais comuns de alteração e transferência de DNA.
PCR
A reação em cadeia da polimerase (PCR) é um método para amplificar certas seções de DNA. Isso lhe dá a oportunidade de aumentar a quantidade de material genético. Você precisa do DNA para mudar seu organismo alvo com ele. Com a ajuda do PCR, você também pode usar o DNA do qual você tem apenas uma pequena quantidade inicial.
Sequenciamento de DNA
Com a ajuda do sequenciamento de DNA , você pode determinar a ordem das bases individuais em sua fita de DNA. A decodificação da informação genética ajuda você, por exemplo, a identificar doenças genéticas. Mutações no DNA são muitas vezes a razão para defeitos genéticos. Você só pode tratar o paciente adequadamente com terapia genética se souber o que mudou. Assista a este vídeo para mais detalhes sobre o processo de sequenciamento de DNA!
Clonagem de DNA
A manipulação genética geralmente envolve a mudança de uma fita de DNA e sua transferência para um organismo. É para isso que a clonagem de DNA é usada . Com isso você quer dizer inserir um pedaço de DNA em um anel de DNA bacteriano ( plasmídeo ). Para fazer isso, você corta ambas as fitas de DNA com a mesma “tesoura genética” (= enzima de restrição ). Isso cria extremidades sobrepostas que você pode colar usando um tipo de cola chamado ligases. Por exemplo, você pode introduzir o gene da insulina humana para a produção de insulina em bactérias através de um plasmídeo .Se você quiser assistir a clonagem passo a passo novamente, você pode encontrar o vídeo aqui.
Edição do genoma: CRISPR/Cas
Por edição de genoma entende -se técnicas para a modificação direcionada do material genético de microrganismos (engenharia genética branca), plantas (engenharia genética verde) e animais ou humanos (engenharia genética vermelha). O método mais conhecido e mais novo é o chamado método CRISPR-Cas . CRISPR-Cas é na verdade um sistema de defesa de bactérias. Isso permite que eles cortem e decomponham o DNA estranho de maneira direcionada. Você também pode usar as mesmas enzimas para modificar especificamente o DNA em um local específico. Isso inclui inserir, remover ou desligar genes específicos usando as enzimas.
Transferência direta de genes
Depois de alterar o DNA, você ainda precisa transferi-lo para o organismo alvo. O material geneticamente modificado pode ser transferido diretamente de um organismo para outro. Métodos importantes para isso são, por exemplo, microinjeção ou o chamado gene gun. Com a microinjeção , você transfere o material genético para uma célula por meio de uma injeção. Como o nome sugere, você pode atirar nas células com a arma genética . Para fazer isso, o DNA é transferido para partículas muito pequenas com as quais você pode atirar. As partículas são aceleradas pelo canhão com ar comprimido e assim transferidas para as células.
Transferência indireta de genes por vetores
Você também pode transferir os genes indiretamente para outro organismo. Você pode usar vetores para isso, por exemplo . Você pode imaginar isso como uma espécie de “ferry de genes”, ou seja, um meio de transporte para o DNA. Estes são frequentemente plasmídeos de bactérias ou vetores virais (vírus modificados). Se você quer saber mais sobre como um plasmídeo é construído e como você pode usá-lo como meio de transporte, então este é o vídeo certo para você!
Engenharia genética – bênção ou maldição?
A questão de saber se a terapia genética é uma bênção ou um pesadelo para a humanidade ainda não pode ser respondida hoje. Só uma coisa é certa: pode ser uma benção para a humanidade, mas nas mãos de ignorantes e irresponsáveis se tornará um pesadelo. No momento, todos nós ainda somos ignorantes no campo da engenharia genética, como inúmeros exemplos mostram repetidamente. Foi apenas no início de 2001 que a agência americana de medicamentos ( Food and Drug Administration, FDA) interrompeu todos os oito ensaios de terapia genética na Universidade da Pensilvânia. JESSE GELSINGER morreu lá no outono de 1999 como resultado de uma tentativa de terapia genética. Afinal, a Universidade da Pensilvânia é considerada o maior centro de estudos de terapia genética e os médicos de lá são considerados os principais terapeutas genéticos dos EUA e também gozam de grande reputação internacional.
Métodos e ferramentas de engenharia genética
Os métodos mais importantes de engenharia genética são
- intervenções direcionadas no material genético de organismos,
- a remodelação de moléculas de DNA,
- a combinação in vitro de moléculas de DNA de diferentes origens, sua introdução e proliferação nas células hospedeiras.
A manipulação genética bem sucedida envolve primeiro analisar, depois isolar e/ou modificar ou sintetizar genes e integrá-los em outra célula, a chamada célula hospedeira, e identificar o clone com o DNA estranho. No início de toda tecnologia genética está o registro da informação genética, ou seja, a sequência de bases do DNA. A detecção da sequência de bases do genoma humano tem z. B. comprometido com o projeto genoma humano. A partir deste conhecimento do sequenciamento do genoma, existe a possibilidade de certos, e. B. ressintetizar seções de DNA patologicamente alteradas (síntese gênica).
As ferramentas decisivas dos engenheiros genéticos são as enzimas ( enzimas de restrição ) que podem cortar o DNA em pontos precisamente definidos.
As bactérias são atualmente usadas na engenharia genética. Eles têm DNA que não está ligado aos cromossomos ( plasmídeos ). Portanto, é relativamente fácil isolar, modificar e reintroduzir o DNA na célula. As células bacterianas se multiplicam muito rapidamente. Isso também resulta na clonagem eficaz do DNA estranho. Além disso, também são usados vírus cujos mecanismos de transferência de genes são usados.
Áreas importantes de aplicação da engenharia genética
- Isolamento e decodificação de genes
- Transferência de genes importantes para bactérias e extração dos produtos gênicos
- modificação direcionada de genes
- Transferência de genes para o genoma de organismos superiores
A biotecnologia mudará rapidamente com a ajuda da engenharia genética, pois permitirá alterar especificamente as propriedades dos organismos receptores (por exemplo, fungos ou bactérias) para produção industrial ou de plantas e animais usados na agricultura. Os genes para insulina , interferon ou fator VIII de coagulação sanguínea já foram introduzidos e multiplicados com sucesso em bactérias. Como resultado, as bactérias são capazes de produzir as substâncias medicamente relevantes em um grau de pureza tão alto que era impensável anos atrás.
Na agricultura, por um lado, estão sendo feitas tentativas para transferir resistência a pragas ou herbicidas para plantas úteis por meio de processos de engenharia genética. Hoje , o melhoramento de plantas ocorre principalmente no computador e no micro-laboratório. Por outro lado, estão sendo feitas tentativas para otimizar ainda mais o rendimento de plantas e animais. Quem não se lembra do porco geneticamente modificado, que produz mais carne magra e menos gordura.
Aplicação da engenharia genética em humanos
As principais áreas de aplicação em humanos são
- o uso de proteínas geneticamente modificadas como medicamentos,
- die Gendiagnostik ,
- terapia gênica em células do corpo.
Além disso, os cientistas estão trabalhando para abrir a clonagem terapêutica como uma importante área de aplicação.
Diagnóstico genético: Cerca de 6.000 doenças genéticas são conhecidas hoje. Cerca de 1,5 por cento dos recém-nascidos têm uma malformação ou deficiência hereditária. O diagnóstico genético pode ser usado para identificar erros no material genético. Para fazer isso, as amostras de DNA são divididas em pequenas seções de diferentes comprimentos usando enzimas de restrição. Uma sonda de gene marcada radioativamente (que consiste em DNA de fita simples) indica o defeito do gene. As medidas terapêuticas podem então ser iniciadas.
Terapia genética somática: A terapia genética somática é a transferência de genes específicos para células do corpo (células somáticas) com o objetivo de substituir genes defeituosos. Seria por exemplo É concebível, por exemplo, transferir genes intactos para a produção de insulina no pâncreas de diabéticos. Isso aliviaria o sofrimento dos diabéticos e tornaria supérfluo o procedimento de injeções diárias. Do ponto de vista técnico, este procedimento seria comparável a uma vacinação ou medicação. Como a terapia genética somática afeta apenas as células do corpo, as alterações genéticas não são transmitidas aos descendentes.
Clonagem terapêutica: Este método visa fornecer aos pacientes tecido de substituição, por exemplo. Como pele, cartilagem, coração ou células nervosas obtidas do próprio material do corpo. Espera-se que as doenças (Parkinson, ataque cardíaco) possam ser curadas.
Código de ética para pesquisadores genéticos
A Lei de Engenharia Genética para regular questões de engenharia genética está disponível em nível nacional. A Comissão de Inquérito do Bundestag alemão, entre outras, trata das questões de oportunidades e riscos para cada área individual de aplicação da engenharia genética. Desde março de 1996, um código de ética internacional regulamenta como cientistas e médicos devem lidar com o material genético humano e como as amostras e os dados obtidos nesses experimentos devem ser usados. Este foi criado especificamente no que diz respeito ao Projeto Genoma Humano. A única desvantagem das diretrizes, que estão repletas de termos “pode” e “deveria”, é que elas não são vinculativas e não há controle legal sobre a conformidade. Na opinião dos cientistas, o significado e o propósito dessas diretrizes servem apenas para levantar novamente a questão da responsabilidade pessoal dos cientistas e conscientizá-la. Entre outras coisas, as novas diretrizes estipulam que os especialistas devem se expressar aos leigos em linguagem geralmente compreensível e explicar detalhadamente o objetivo de suas pesquisas a pacientes ou voluntários.
Os afetados então decidem por si mesmos sobre o uso e armazenamento de amostras de sangue ou tecidos obtidos como parte de testes genéticos. Sem o seu consentimento, os pesquisadores genéticos não podem transmitir os dados obtidos – por exemplo, sobre o risco de os participantes do teste desenvolverem câncer ou diabetes. A informação da população desempenha aqui um papel decisivo, pois somente aqueles afetados que conhecem seus direitos podem criticar possíveis abusos na pesquisa genética nesse sentido.
Além das disposições legais sobre a rotulagem de alimentos no processo de fabricação dos quais foram utilizados organismos geneticamente modificados, há uma ampla gama de regulamentações no campo da engenharia genética.
O Novel Food Regulation, que está em vigor desde 1997 , regulamentou a aprovação e rotulagem de alimentos geneticamente modificados e foi substituído em abril de 2004 por um regulamento da UE com requisitos de segurança mais rigorosos, rotulagem estendida e direitos de informação pública mais amplos.