Introdução à biotecnologia

Pontos Principais:

• Biotecnologia é o uso de um organismo, componente do organismo ou qualquer outro sistema biológico para fazer um produto ou processo.
• Muitas formas da biotecnologia moderna envolvem a tecnologia do DNA.
• A tecnologia do DNA é o sequenciamento, análise e corte e colagem do DNA.
• As formas típicas de tecnologia do DNA incluem o sequenciamento de DNA, reação em cadeia da polimerase, clonagem de DNA e eletroforese em gel.
• As invenções da biotecnologia podem levantar novas preocupações práticas e questões éticas que devem ser discutidas com a participação de toda a sociedade.

Introdução

O que é biotecnologia?

• Fabricação de cerveja. Na fabricação de cerveja, minúsculos fungos (leveduras) são introduzidos em uma solução de açúcar de cevada maltada, que é vorazmente metabolizada por eles através de um processo chamado fermentação. O subproduto da fermentação é o álcool encontrado na cerveja. Aqui, vemos um organismo – a levedura – sendo usado para fazer um produto para o consumo humano.
• Penicillina. O antibiótico penicilina é gerado por certos fungos. Para obter as pequenas quantidades de penicilina utilizadas nos primeiros ensaios clínicos, pesquisadores tiveram que cultivar quase $500$‍ litros de "caldo de fungo" por semana${}^1$‍. O processo foi então aperfeiçoado para a produção industrial, com o uso de cepas de fungos mais produtivos e melhores condições de cultura para aumentar o rendimento${}^2$‍. Aqui, vemos um organismo (fungo), sendo usado para fazer um produto de uso humano – neste caso, um antibiótico para tratar infecções bacterianas.

• Terapia gênica A terapia gênica é uma técnica emergente usada para tratar doenças genéticas causadas por um gene defeituoso. Ela funciona fornecendo às células do corpo o gene do DNA "deficiente" . Por exemplo, na doença genética fibrose cística, o gene não possui a capacidade de produzir canais de íons cloreto nos pulmões. Em um recente experimento clínico de terapia gênica, uma cópia do gene funcional foi inserida em uma molécula de DNA circular chamada plasmídeo que foi então fornecida às células pulmonares dos pacientes em esferas de lipídios (na forma de um spray)${}^3$‍.
  Nesse exemplo, componentes biológicos de fontes diferentes (gene humano, plasmídeo proveniente de bactéria) foram combinados para fazer um novo produto que ajudou a manter a função pulmonar dos pacientes com fibrose cística.

O que é tecnologia do DNA?

Exemplos de tecnologia do DNA

• Clonagem do DNA. Na clonagem do DNA, os pesquisadores "clonam" – fazem muitas cópias do fragmento de DNA de interesse, tal como um gene. Em muitos casos, a clonagem do DNA envolve a inserção do gene de interesse em uma molécula de DNA circular chamada plasmídeo. O plasmídeo pode ser replicado nas bactérias, fazendo muitas cópias do gene de interesse. Em alguns casos, o gene é expresso também nas bactérias pela formação de uma proteína (por exemplo, a insulina usada pelos diabéticos).

  Inserção de um gene no plasmídeo.

• Reação em cadeia da polimerase (PCR). A reação em cadeia da polimerase é a técnica de manipulação do DNA mais amplamente utilizada, com aplicações em quase todas as áreas da biologia moderna. As reações da PCR produzem várias cópias da sequência de DNA de interesse, a partir da sequência de um DNA modelo. Essa técnica pode ser usada para fazer muitas cópias de um DNA que está presente em pequenas quantidades (por exemplo, uma gotícula de sangue na cena do crime).
• Eletroforese em gel. A eletroforese em gel é uma técnica usada para visualizar os fragmentos de DNA (exame direto). Por exemplo, os pesquisadores podem analisar os resultados da PCR examinando os fragmentos de DNA que ela produz na reação em um gel. A eletroforese em gel separa os fragmentos de DNA com base em seu tamanho, em seguida os fragmentos são pigmentados com um corante que possibilita a visualização pelo pesquisador.

  Os fragmentos de DNA migram pelo gel do eletrodo negativo para o positivo.

  Depois de corrido o gel, os fragmentos são separados por tamanho, com os menores mais perto da parte inferior (eletrodo positivo) e os maiores perto do topo (eletrodo negativo).

• Sequenciamento de DNA. O sequenciamento de DNA consiste em determinar a sequência das bases dos nucleotídeos (As, Ts, Cs e Gs) na molécula de DNA. Em alguns casos, apenas um fragmento de DNA é sequenciado por vez, enquanto em outros casos muitos fragmentos de DNA (como um genoma inteiro) podem ser sequenciados conjuntamente.

  O que é genoma?

  O genoma é todo o DNA de um organismo.

  Em eucariontes, os quais possuem um núcleo celular para conter o seu DNA, a palavra genoma é normalmente usada para se referir ao genoma nuclear (DNA encontrado no núcleo), o que exclui o DNA encontrado nas organelas tais como os cloroplastos ou mitocôndrias.

Biotecnologia e novas questões éticas

• Algumas delas dizem respeito à privacidade e não discriminação. Por exemplo, sua companhia de seguro de saúde deveria lhe cobrar mais se você tivesse uma variante de gene que o tornasse propenso a desenvolver alguma doença? Como você se sentiria se sua escola ou empregador tivesse acesso ao seu genoma?
• Outras questões são relativas a segurança, efeitos na saúde e impactos ecológicos das biotecnologias. Por exemplo, cultivares geneticamente modificados para produzir seu próprio inseticida reduzem a necessidade de pulverização química, mas também suscitam preocupações caso as plantas escapem para a vida selvagem ou cruzem com espécies locais (potencialmente causando consequências ecológicas não intencionais).
• A biotecnologia pode proporcionar conhecimentos que criam dilemas difíceis para os indivíduos. Por exemplo, um casal descobre no teste pré-natal que seu feto tem uma doença genética. Ou ainda, por curiosidade uma pessoa tem o seu genoma sequenciado e descobre que vai desenvolver uma doença genética incurável tardia, tal como a doença de Huntington.

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