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O que é engenharia genética?
Este texto é escrito de modo que você compreenda mesmo que já tenha
esquecido o que aprendeu sobre a genética. A descrição é tão simples quanto
possível (alguns detalhes de importância menor foram omitidos ou simplificados).
A substância da hereditariedade.
É o ADN, a substância da hereditariedade, que é manipulado pela engenharia
genética - EG.
O ADN contém um conjunto completo da informação que determina a estrutura e a
função de um organismo vivo, seja ele uma bactéria, uma planta ou ser humano.
O ADN é constituído por genes, que são encontrados por sua vez nos
cromossomos no núcleo da célula.
Exemplo gráfico do relacionamento
entre o ADN, os genes, os
cromossomos e o núcleo da célula.
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O ADN é uma corda muito longa de “palavras-códigos", ordenadas em uma
seqüência. Contém as instruções para criar todas as proteínas do corpo.
As proteínas são moléculas verdadeiramente notáveis que podem ter muitas
propriedades. Todos os tecidos do corpo são feitos principalmente das proteínas.
Do mesmo modo, como todos os tipos de substâncias reguladoras, como
enzimas, hormônios e substâncias de controle. Há proteínas que nos protegem
das infecções, os anticorpos.
As propriedades de uma proteína são determinadas inteiramente por sua fórmula,
que se define pela seqüência de seus blocos constituintes, os aminoácidos. O
conjunto das palavras do código requeridas para descrever uma proteína é
chamado um "gene"
O sistema da ADN-proteína é uma solução engenhosa, simples e extremamente
poderosa para criar todos os tipos de propriedades e de estruturas biológicas.
Apenas variando a seqüência de palavras do código no ADN, inumeráveis
variações de proteínas com propriedades muito díspares podem ser obtidas,
suficiente gerar a enorme variedade da vida biológica.
Reprodução: recombinação natural da informação hereditária.
Com a reprodução, o ADN de dois pais é combinado.
Isto pode ser descrito em uma maneira simplificada:
Nas plantas e nos animais, o ADN não é apenas uma corda longa de "palavrascódigos". É dividido em um conjunto de cordas chamadas cromossomos.
Geralmente, cada célula tem um conjunto duplo de cromossomos, um da mãe e
outro do pai.
Nas células germinais, as células envolvidas na reprodução, no entanto, há
apenas um conjunto. Na reprodução, os conjuntos da mãe e do pai juntam-se para
criar uma célula embriônica com o dobro dos cromossomos. Esta célula
embriônica divide-se em duas cópias idênticas. Essas continuam a se dividir e
dessa maneira um organismo inteiro conterá conjuntos idênticos dos
cromossomos (a razão porque os tecidos têm propriedades diferentes em partes
diferentes do corpo deve-se à ativação de genes específicos neles).
Reprodução resumida em uma ilustração simples.
O ADN das plantas e dos animais contém centenas de milhões do "código-sílaba".
Para representar o conjunto completo das informações de cada círculo abaixo
corresponderia a aproximadamente 30 milhões de sílabas do código. Na ilustração
abaixo, cada círculo representa 300 sílabas do código. Uma palavra de código,
correspondendo a um aminoácido, contém três sílabas do código. Um gene
contém em média aproximadamente 1000 palavras do código. Os genes são
aproximadamente 3% de todo o ADN)
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(os nomes das cores foram escritos para simplificar para aqueles com daltonismo)
Uma corda do ADN (parte de um cromossomo) na célula germinal da mãe
(verde):
A corda correspondente do ADN na célula germinal do pai (azul):
As sílabas A e Z são apenas simbólicas para marcar o começo e o fim das duas
cordas correspondentes do ADN.
Com a reprodução, as cordas são combinadas para criar o ADN das células de
corpo:
O ADN combinado na prole (uma corda verde e uma azul):
Assim na reprodução, não ocorre nenhuma mudança da seqüência natural e na
ordem das palavras do código e dos conjuntos de palavras do código, os genes.
Engenharia genética, uma manipulação artificial dos genes.
Na engenharia genética, um gene ou, mais comumente, um conjunto de alguns
genes, é retirado do ADN de um organismo e introduzido no ADN de outro
organismo. Isto nós chamamos de “pacote de inserção" ilustrado em vermelho:
Pacote da inserção (vermelho):
o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o
Este pacote da inserção é introduzido no ADN do organismo receptor.
ADN do receptor antes da inserção:
Não há nenhuma maneira fazer uma inserção do gene em uma posição
predeterminada. Assim a inserção é completamente aleatória. Abaixo, o pacote da
inserção (vermelho) foi introduzido na corda do cromossomo da mãe (verde):
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ADN do receptor após a inserção:
Isto significa que a ordem seqüencial do código genético da corda da mãe
rompeu-se por uma seqüência dos códigos que são completamente estranhos.
Isto pode ter diversas conseqüências sérias.
A diferença entre a reprodução e a engenharia genética, em
síntese.
Primeira diferença importante
Na reprodução um cromossomo da mãe, o o-o-o-o (verde) é combinado com um
cromossomo do pai, o-o-o-o (azul). A seqüência de ADN de "palavras código" em
cada cromossomo permanece imutável, e os cromossomos permanecem estáveis.
O mecanismo de reprodução se desenvolveu por bilhões de anos com
rendimentos estáveis e resultados de confiança.
Reprodução:
Engenharia genética:
Na engenharia genética, um conjunto de genes estranhos, o-o-o-o (vermelho) é
introduzido aleatoriamente no meio da seqüência de ADN de "palavras-códigos"
(neste caso no ADN herdado da mãe - verde ) rompendo a seqüência ordinária
do código de comando no ADN. Este rompimento pode perturbar o funcionamento
da célula de forma imprevisível e potencialmente perigosa. A inserção pode fazer
o cromossomo instável de maneira impredizível.
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Segunda diferença importante
Uma segunda diferença fundamental é que, na engenharia genética, as
construções especiais do material genético, derivadas dos vírus e das bactérias,
estão adicionadas "ao gene desejado". Estas construções não existem no
elemento natural. São necessárias para três finalidades principais:
Para detectar casos da inserção bem sucedida do gene (marcadores)
Para assegurar-se de que o gene introduzido não seja rejeitado pelo organismo
receptor (vetores)
Para assegurar-se de que o gene introduzido está ativo (promotores)
Estas construções podem causar o problema de vários tipos.
A engenharia genética é baseada em uma idéia ultrapassada
A suposição chave da engenharia genética é que você pode "costurar"
organismos adicionando genes com propriedades desejáveis. Mas a ciência
descobriu que os genes não trabalham como portadores isolados das
propriedades. Ao invés os efeitos de cada gene são o resultado da interação com
seu ambiente. A situação é sumariada por Dr. Craig Venter:
"Na língua diária a conversa é sobre um gene para isto e um gene para
aquilo. Nós estamos descobrindo agora que isso é raramente assim. O
número dos genes que trabalham desta maneira pode quase ser
contado nos dedos, porque nós somos construídos dessa maneira."
"Você não pode definir a função dos genes sem definir a influência do
ambiente. A noção que um gene é igual a uma doença, ou que um gene
produz uma proteína chave, está sendo atirada pela janela."
( Dr. J. Craig Venter, cientista do ano (2000). President of the Celera Corporation. Dr. Venter é
reconhecido como um dos mais importantes cientistas do mundo pelo trabalho na elucidação do
genoma humano.)
Fonte: Times, Monday February 12, 2001 "Why you can't judge a man by his genes"
http://www.thetimes.co.uk/article/0,,2-82213,00.html
Conclusão
Tecnicamente a engenharia genética é a inserção artificial de uma seqüência
estranha de código genético no meio de uma seqüência ordenada do código
genético de um receptor, que levou milhões de anos para evoluir. Além disso,
construções genéticas artificiais poderosas são adicionadas tendo potencialmente
efeitos problemáticos. Isto é uma profunda intervenção com conseqüências
imprevisíveis
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Até hoje, organismos vivos evoluíram muito lentamente, e novas formas tiveram
bastante tempo para se consolidarem. Hoje proteínas inteiras serão transpostas
da noite para o dia em associações inteiramente novas, com conseqüências que
ninguém pode predizer, seja para o organismo receptor ou seus vizinhos... Ir
adiante, nesta direção não será somente imprudente, mas perigoso.
“Potencialmente, podem surgir novas doenças em animais ou plantas, novas
fontes de câncer ou novas epidemias.”
Dr. George Wald.
Prêmio Nobel em medicina de 1967.
Higgins Professor of Biology, Harvard University.
(Fonte: 'The Case against Genetic Engineering' by George Wald, in The Recombinant ADN Debate,
Jackson and Stich, Eds. P. 127-128. ; Reprinted from The Sciences, Sept./Oct. 1976 issue)
Uma introdução simples à engenharia genética.
Sobre os genes
Os genes estão no cerne da vida. Juntos constituem o mapa de um organismo. Na
linguagem computacional eles são o programa mestre da vida. Decidem todas
as propriedades e todas as potencialidades de um organismo.
Em termos biológicos este programa mestre é a essência da hereditariedade, o
cromossoma. É constituído por cadeias das chamadas moléculas de ADN que
carregam "as palavras código" ou instruções do programa mestre.
Há um jogo idêntico deste programa mestre em cada célula. Por exemplo, uma
planta de milho tem aproximadamente um bilhão de células, cada uma com um
jogo deste programa mestre. Em partes diferentes das plantas, partes diferentes
do programa estão ativas, criando estruturas diferentes como as folhas, sementes
e a raiz. A célula é como uma enorme rede de computador, muito maior do que
qualquer criação humana. A ciência tem uma compreensão muito incompleta
como estes bilhões dos programas mestres podem cooperar numa maneira muito
harmoniosa e eficazmente coordenada.
Engenharia genética
Engenharia genética significa a manipulação deste programa mestre. Os genes,
geralmente de espécies totalmente diferentes, são introduzidos "no programa
mestre " uns dos outros. Os genes, por exemplo, de peixes, escorpiões, bactérias
e s vírus foram introduzidos em plantas alimentícias pelos projetos da engenharia
genética.
O método da engenharia genética é tão primitivo que é impossível se decidir de
antemão onde os genes introduzidos se situarão no programa mestre. O efeito de
um gene é extremamente dependente das propriedades de seus genes vizinhos.
Esta é uma das muitas razões porque o resultado da inserção artificial do gene
(engenharia genética) é impredizível. É um fato científico estabelecido que tal
manipulação pode, no pior dos casos, conduzir à criação de substâncias
prejudiciais, assim como outros distúrbios inesperados.
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O conhecimento sobre genes é muito incompleto
O conhecimento sobre o programa mestre é ainda muito incompleto. Realmente
somente 2 a 3 por cento deles são assim chamados de genes. Suas funções são
razoavelmente bem conhecidas. A função e a finalidade dos 97 a 98 por cento
restantes são pouco sabidas.
Da genética sabe-se bem que mudar apenas uma pequena palavra de código no
programa mestre pode significar a diferença entre a saúde e uma doença
hereditária mortal. Os genes são muito poderosos.
Não é uma coincidência que grande parte dos membros da Physicians and
Scientists for Responsible Application of Science and Technology, é de
peritos em computadores. Eles sabem que a adição de apenas uma "sílaba do
código" (código binário) pode ser desastrosa em um programa de computador. A
inserção aleatória dos genes, como feita na engenharia genética, não adiciona
apenas uma sílaba, mas muitos milhares de silabas no código. É óbvio a um
cientista de computador ser absolutamente vital dominar completamente o
programa a fim poder fazer uma mudança útil de maneira confiável. Por alguma
razão obscura, isto não é infelizmente óbvio aos investigadores da biotecnologia.
Estão manipulando genes embora estejam muito longe de dominar o "programa
genético".
Sabe-se muito pouco para justificar o uso comercial
Achamos irresponsabilidade usar a engenharia genética para finalidades
comerciais neste estágio do conhecimento muito incompleto sobre os seus efeitos.
Especialmente quando substâncias prejudiciais podem ser geradas. Também,
pouco é sabido do que os genes manipulados liberados na natureza podem fazer
ao meio ambiente.
Conclusão
É um fato inegável que a ciência sabe pouco sobre os efeitos da engenharia
genética para poder predizer e dominar as conseqüências. Logo, a engenharia
genética tem que ser confinada aos laboratórios fechados até que a ciência saiba
o que está fazendo. Usando-a para alimentos, neste estágio, significa um risco
inevitável para efeitos inesperados e potencial prejudicial para a saúde humana e
o meio-ambiente.
Como os genes são projetados?
Introdução
Um gene é constituído em média por 3000 "códigos-silabas", e é uma parte da
informação genética razoavelmente grande para ser transferida.
1. O gene desejado é extraído do ADN da célula fornecedora. As técnicas
especiais que são usadas, não importam no momento.
2. Um gene é demasiadamente pequeno para ser introduzido com algum tipo do
microcirurgia, conseqüentemente, algum portador ("vetor") é requerido para
introduzir o gene na célula e no ADN do receptor.
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Métodos para a inserção do gene
Diferentes meios são usados para carregar o gene desejado com o material da
hereditariedade. Para plantas, o método o mais comum é o uso de uma bactéria,
Agrobacterium tumefasciens. Este método é, entretanto, inútil para cereais. Para
esses é usada a inserção com um "canhão de genes" ou micro-injeção. Para
animais são usados determinados vírus. Estes métodos serão descritos adiante.
1. Bactérias como portadores do gene
As bactérias, como a conhecida Agrobacterium tumefasciens, têm a habilidade de
induzir um tipo de tumor benigno na planta que infecta. Isto ela consegue
introduzindo alguns de seus genes no ADN da planta. Na engenharia genética, o
gene que se quer introduzir é enganchado ao ADN bacteriano. As células
receptoras são então expostas à bactéria, de modo que se tornem infectadas. O
ADN bacteriano com o gene projetado é introduzido no ADN do receptor.
2. Vírus como portadores do gene
Os vírus são partes de ADN encapsulados num escudo de proteína. Na infecção,
o ADN viral se incorpora à célula e liga-se ao núcleo. Lá o ADN do vírus força a
célula a fazer milhares de cópias do vírus. Os vírus usados para transferência do
gene são modificados de modo não induzirem a célula a copiá-los. Introduzirão o
ADN desejado no ADN do receptor de maneira similar como a Agrobacterium
tumefasciens na bactéria. Junto com ele alguns genes do vírus também são
introduzidos.
3. Métodos mecânicos
O canhão de genes
Usam-se grânulos ouro muito pequenos como esferas do canhão. O gene
desejado "é colado" sobre à superfície da esfera. A esfera é então
disparada no núcleo da célula.
Micro-injeção
Uma solução com o gene desejado é injetada na célula.
Entediante e caro
O que os métodos de inserção têm em comum é a impossibilidade de se controlar
onde o gene se unirá. É um procedimento completamente aleatório. Assim o ADN
introduzido pode ser enganchado no ADN do receptor em qualquer lugar. É uma
questão de sorte se acontecer de unir-se na pequena parte do ADN ativo, e
mesmo assim há o risco de que a inserção tenha ocorrido em tal lugar que o
resultado venha a ser um organismo desfigurado, fraco ou tendente a adoecer
(fato que é observado freqüentemente).
A engenharia genética é, portanto, um procedimento entediante e muito caro.
Somente uma proporção pequena de todas as tentativas resultará em um
organismo que pareça "substancialmente equivalente" com as contrapartes
naturais. Mas mesmo assim ele pode ter uma anormalidade química perigosa à
saúde daqueles que o comem. O problema é que não há nenhum método
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inteiramente confiável para detectar tais substâncias perigosas. E os métodos
existentes para testar a segurança são muito caros e consomem muito tempo.
Eis porque a indústria da biotecnologia vem se esforçando tanto para convencer
os legisladores a considerarem a engenharia genética como apenas uma variação
da reprodução natural. Sendo assim, podem acusar as autoridades de injusta
discriminação com seus produtos. Se os alimentos oriundos dos organismos
convencionalmente produzidos não precisam ser testados, porque os alimentos
dos organismos produzidos com a engenharia genética devem sê-lo? Infelizmente,
num primeiro confronto, a indústria foi bem sucedida com esta estratégia, pois
conseguiu que os legisladores acreditassem que não há nenhuma diferença
importante entre a engenharia genética e a reprodução convencional. Esta
reivindicação não tem, entretanto nenhuma base científica, (veja em "A
Reprodução convencional é fundamentalmente diferente da engenharia
genética?". E
mais, as diferenças são tão importantes que se forem
negligenciadas, os consumidores estarão expostos a sérios riscos potenciais à
saúde.
O problemático “pacote de inserção"
Os proponentes da biotecnologia não mencionam que o gene desejado é
raramente introduzido sozinho. Para fazer uma inserção bem sucedida e eficaz,
outros genes, tirados de vários organismos, inclusive vírus, plantas ou bactérias
são necessários serem adicionados ou não. Além dos genes do portador,
mencionado acima, há outras categorias importantes de ADN que geralmente são
adicionadas no “pacote de inserção". Estes são em geral genes marcadores,
promotores e genes de penetração na barreira da espécie.
Marcadores
Não há nenhuma maneira de se prever que a inserção foi bem sucedida, por isso
algum tipo de "gene marcador" é usado junto com o gene desejado.
O sucesso da inserção é testado adicionando-se algum antibiótico à cultura da
célula receptora.
A idéia é descobrir quais as resistentes ao antibiótico. As células que sobrevivem
à exposição ao antibiótico são aquelas que carregam um gene da resistência
introduzido com sucesso. Então, provavelmente, o gene desejado foi introduzido
também.
O marcador mais comum é de um gene que confere resistência à kanamicina, um
antibiótico que pertence a um valioso grupo de antibióticos. Mesmo que hoje se o
próprio não seja muito usado, relaciona-se com outros antibióticos valiosos, e há
uma tendência para a resistência. A resistência à kanamicina pode também
conferir resistência a seus parentes. Um outro marcador, usado no milho “Basta”
da Novartis, é um gene que confere resistência à ampicilina, um antibiótico de
grande valor e muito usado.
Suspeita-se que os marcadores de antibióticos dos genes podem conduzir a um
aumento das bactérias que são resistentes aos antibióticos.
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Promotores
Mesmo quando o pacote do gene foi introduzido em uma região ativa, o gene do
traço pode expressar-se fracamente ou em graus variados (isto é, a produção da
proteína correspondente não é suficiente nem estável). Portanto, para assegurarse de que o gene do traço se expresse persistentemente, um promotor é
adicionado ao pacote de inserção.
Os promotores são partes naturais dos cromossomos. Sua função é realçar a
atividade de um determinado gene. Normalmente estão sob o controle dos genes
reguladores que os ligam e desligam. Mas na engenharia genética os reguladores
correspondentes não estão normalmente presentes porque o promotor vem de
uma outra espécie. Isto significa que o promotor exercerá sua influência
estimulando forte e persistentemente o gene do traço. Isto é basicamente artificial
porque as atividades de todos os genes são reguladas normalmente em resposta
às condições na célula. Significa que o sistema de ajuste fino do equilíbrio celular
está permanentemente alterado a este respeito.
O promotor usado, geralmente em plantas geneticamente projetadas, é o promotor
do vírus do mosaico da couve-flor (CaMV). É um promotor forte que tem uma
elevada compatibilidade com as espécies. Um problema potencial, entretanto é
que o ADN do vírus do promotor pode se combinar com outros vírus infectantes
criando novos vírus ".
Além disso, o efeito do promotor CaMV pode não estar sempre limitado ao gene
pretendido. Sua influência forte pode ativar os genes vizinhos, causando
complicações não pretendidas e inesperadas inclusive, no pior caso, a produção
de substâncias perigosas.
Genes de penetração em barreiras
A célula tem a habilidade de identificar os genes que são estranhos à espécie. Há
fortes mecanismos que impedem que tais genes se combinem com o genoma.
Eles destroem genes estranhos, impedem sua replicação, ou cortam e inativam
um gene não reconhecido que possa se introduzir.
Isto é chamado de "barreira da espécie".
Esta barreira é uma dificuldade principal na engenharia genética. Para superá-la, a
tecnologia do gene inventou várias combinações de genes que têm a habilidade
de promover a penetração na barreira da espécie. Consistem em genes de vírus
ou de bactérias que facilitam a inserção de genes estranhos no ADN de um
anfitrião novo.
Uma complicação importante é que estes genes podem se espalhar na natureza e
contribuir para aumentar as transferências entre as espécies. Sugere-se que isto
pode promover o emergência of novas bactérias, veja "Horizontal transfer of
viral and bacteria ADN facilitated by GE organisms?".
Outra complicação é que os vírus inseridos nos genes podem se recombinar com
vírus infectantes e gerarem novos vírus e, portanto novas doenças, veja em New
viruses may be created in GE-crops".
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Imprevisível
A aleatoriedade da inserção torna impossível predizer seus efeitos. Mesmo que a
localização do gene inserido seja conhecida. Os conhecimentos em biologia
molecular são muito incompletos para se poder predizer os efeitos da inserção,
veja "Knowledge of the hereditary substance, ADN, is very limited".
A engenharia genética, de fato, é baseada numa teoria obsoleta sobre os genes,
que subestima as conseqüências da inserção de um gene em um ambiente
inteiramente novo. Ela desconsidera que há muito mais interdependência entre os
genes do que se supunha. Isto impossibilita considerar um gene como um simples
transportador de um traço específico. Na verdade, o mesmo gene pode ter
diferentes efeitos em ambientes diferentes, veja "The outdated basis of genetic
engineering".
Ademais, há fatores adicionais que contribuem para a imprevisibilidade. Um deles
é que o promotor não somente influencia a atividade do gene inserido, mas
também promove a atividade de genes adjacentes do receptor. Isto pode provocar
desequilíbrios metabólicos importantes que podem gerar substâncias danosas
inesperadas.
A inserção de seqüências de instruções genéticas estranhas na ajustada sincronia
da genética do organismo receptor pode romper o controle fino sobre outros
processos metabólicos exercido pelo ADN. Isto pode gerar substâncias danosas
inesperadas. Veja mais em "Why unpredictable substances may appear".
Conclusão
A tecnologia dos genes ainda é, atualmente, um método muito imperfeito de
mudar a configuração genética de um organismo. Está baseada na suposição
incorreta que os genes são meros transportadores de propriedades específicas.
Na verdade, as propriedades geradas por um gene são decidias pela interação
com o seu meio ambiente, portanto, é impossível “transferir propriedades” de uma
espécie a outra de forma previsível através da engenharia genética.
A inserção de genes é ao acaso e, como o efeito de um gene depende do ADN de
sua vizinhança, isto leva a resultados imprevistos. Ademais, o conhecimento em
biologia molecular é ainda muito incompleto para torná-la apta a prever os efeitos
de um gene inserido, mesmo que se saiba o exato local de inserção.
Para se obter a inserção bem sucedida de um gene é necessário inserir outros
genes o que aumenta a imprevisibilidade. Estes genes adicionados no “pacote de
inserção” podem dar origem a problemas muito sérios inclusive a criação de novos
vírus e bactérias.
Portanto a engenharia genética não é simplesmente a adição de algum “traço
desejado” como pretendem os defensores da biotecnologia. É a inserção aleatória
de um conjunto de genes estranhos ou de fragmentos de genes, dos quais um
apenas é o gene do “traço desejado”. É impossível, atualmente, introduzir apenas
o “traço desejado” de espécies estranhas ao receptor. Na verdade tais
manipulações genéticas têm efeitos imprevisíveis no organismo tanto quanto um
potencial de problemas para o meio ambiente.