1 Introdução à biotecnologia

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1 Introdução à biotecnologia
A biotecnologia é considerada uma ciência baseada em conhecimentos multidisciplinares que utiliza agentes biológicos ou seus derivados para criar ou modificar produtos e processos específicos. E, aqui, você entenderá o desenvolvimento desses processos biotecnológicos desde a Antiguidade.
1.1 Definição de biotecnologia
A palavra biotecnologia tem origem grega, sendo que o prefixo bio significa vida, o infixo tecnos representa o uso prático da ciência e o sufixo logos significa conhecimento, de acordo com Victorino (2000). Essa área possui um conceito muito amplo e podem-se considerar algumas definições:
· de acordo com a Convenção sobre Diversidade Biológica (CDB) da Organização das Nações Unidas (ONU), a biotecnologia é a aplicação tecnológica usada em organismos vivos ou produtos modificados para usos específicos;
· a legislação para os impostos nos EUA define biotecnologia como aplicação de tecnologias através de técnicas de DNA recombinante, bioquímica, biologia celular e molecular, genética e engenharia genética, técnicas de fusão celular e novos bioprocessos utilizando organismos vivos ou partes de organismos para produzir ou modificar produtos;
· a Convenção de Diversidade Biológica (CBD) argumenta que biotecnologia significa qualquer aplicação tecnológica que usa organismos vivos para fazer ou modificar produtos ou processos;
· a Organização das Indústrias de Biotecnologia (BIO) explica que a biotecnologia explora processos celulares e biomoleculares para desenvolver tecnologias e produtos que ajudam a melhorar a vida e saúde das pessoas
A biotecnologia moderna compreende as áreas de aplicações biológicas na saúde, na agricultura e na produção de insumos industriais. Ela divide-se em campos de atuação, como:
· Nas áreas biológicas: Principalmente microbiologia e biologia molecular.
· Nas áreas químicas: Como química orgânica, química analítica e bioquímica.
· Nas áreas de engenharia: principalmente engenharia bioquímica ou de bioprocessos.
A figura a seguir combina a disciplina de genética, biologia molecular, bioquímica, embriologia e biologia celular, com a engenharia química, tecnologia da informação, robótica, bioética e o biodireito, entre outras e oferece uma definição de biotecnologia
1.2 Contexto histórico
O uso do termo biotecnologia é relativamente novo, mas sua aplicação prática aconteceu a cerca de 10.000 anos atrás, quando o homem produza pães e vinhos através da fermentação de microrganismos. Jarros encontrados em Jiahu continham uma bebida produzida pela fermentação de arroz, mel, uvas, grãos de cereais e um tipo de cereja. Por volta do ano 2.000 a.C., os egípcios utilizavam o fermento para produção de cerveja e na fabricação de pães, conforme Caetano (2018).
O cientista Antom Van Leeuwenhock, em 1675 d.C., concluiu que existiam seres minúsculos através do uso do microscópio, ampliando-os em até 270 vezes. E em 1876, Louis Pasteur confirmou esse fato através de experimentos com microrganismos causadores de fermentação.
O conhecimento sobre o processo fermentativo aconteceu no período entre 1910 e 1940, sendo a ampliação do uso de processos fermentativos motivada pelas Guerras Mundiais por causa da produção de explosivos e munições.
Em 1928, foi descoberta, de forma acidental, a existência da penicilina pelo médico e bacteriologista escocês Alexander Fleming. Fleming observou, por meio de um microscópio, que, no cultivo de bactérias staphylococcus aureus, crescia um fungo com halos transparentes em torno deles, que caracterizava a existência de uma substância bactericida. O bolor pertence ao gênero penicillium fornecia esta substância com atividade antimicrobiana, contra estafilococos.
Estes resultados comprovaram-se inofensivos às células e foi realizado o procedimento de isolamento, concentração e purificação em laboratório por Howard Florey e Ernst Chain. O antibiótico, por sua vez, foi, então, produzido em larga escala para combater os processos infecciosos principalmente na Segunda Guerra Mundial.
Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins Watson, em 1953, descobriram a estrutura tridimensional da molécula do ácido desoxirribonucleico (DNA). Eles construíram modelos esquemáticos com cartolina e arame para entender a sua estrutura e descreveram um esboço simples para a dupla hélice. No entanto, o estudo só foi reconhecido em 1957, quando pesquisadores comprovaram que o DNA consegue se autorreplicar.
Experimentos realizados em 1973 por Herbert Boyer e Stanley Cohen abriram novas perspectivas para a construção de uma molécula de DNA recombinante (DNAr), uma abordagem para a clonagem gênica em um tubo de ensaio. Essa tecnologia permite a transferência de material genético entre organismos vivos e que genes estranhos sejam expressos em bactérias e leveduras ou mesmo em outras células superiores, produzindo cópias de diferentes combinações genéticas, de acordo com Queiroz (1993).
Na década de 90, os pesquisadores do Roslin Institute of Scotland usaram a técnica de clonagem molecular num mamífero (ovelha), caracterizando o primeiro animal clonado a partir de uma célula adulta nascida em cinco de julho de 1996. Desde que a ovelha Dolly foi criada, muitos outros animais foram clonados mediante a técnica de transferência de núcleo. A partir de 1997, a clonagem foi expandida para camundongos, porcos, ovelhas, bois, cabras, cavalos e até um veado, segundo Patoreau (2015).
A eficiência e a segurança da produção agropecuária sustentável adentram os processos desenvolvidos pela biotecnologia. Há dez mil anos, os agricultores já selecionavam sementes das melhores plantas e realizavam seus cruzamentos espontâneos, enquanto domesticavam e alteravam características de diferentes animais. Considera-se que toda e qualquer espécie de seres vivos sejam capazes de doar genes, quando previamente escolhidos para a espécie receptora. Ao se obter a integração do gene, com um promotor, realiza-se uma série testes para verificar se o gene incorporado no DNA do organismo transgênico está sendo transcrito em seu ácido ribonucleico (RNA) e se a proteína correspondente está sendo sintetizada. Determina-se que os tecidos ou órgãos estão sendo ativados, o transgene, de acordo com o controle exercido pelo sistema genético regulador. O promotor de cada gene é uma porta "fechada a sete chaves", sendo cada chave um sítio pelo qual somente o sistema de controle transcricional pode ativar os genes normalmente inativados pela capa de cromatina, de acordo com Cordeiro (2000).
Os resultados mostram que as plantas podem ser multiplicadas em laboratório, podendo, posteriormente, efetuar a aclimatação em câmaras de cultura, casas de vegetação e, finalmente, canteiros experimentais isolados. Antes do lançamento da planta transgênica como produto, são feitos testes de campo em grande escala para verificar se o cultivo apresenta vantagem em relação ao original, conforme Cordeiro (2000).
Nos anos 80, os avanços conduzidos pela engenharia genética a partir de bactérias escherichia coli, permitiram o desenvolvimento da insulina humana sintética. Foi inserido no DNA das bactérias o gene da insulina humana resultando na chamada insulina de DNA recombinante. Este método oferecia um menor índice de rejeição e minimizava os efeitos colaterais. Destaca-se, assim, a importância da descoberta da alteração da cadeia da sequência de aminoácidos formadores da insulina, possibilitando modificar o seu tempo de ação. A primeira insulina inalável pode substituir as aplicações de insulina de ação rápida e é utilizada antes de cada refeição, especificamente quando o organismo necessita de um volume maior do hormônio para compensar o açúcar ingerido, segundo Lopes et al (2012). O tipo de insulina basal, de ação mais lenta, é aplicado somente uma vez por dia e não poderá ser substituída pelo produto inalável, como explica Lívia Porto, endocrinologista do Centro Especializado em Obesidade e Diabetes do Hospital Alemão Oswaldo Cruz.
Em 14 de maio de 1796, Jenner inoculou um menino de oito anos com o pus retiradode uma pústula de uma ordenhadora que sofria de varíola bovina. Com este procedimento o garoto contraiu uma infecção benigna. Meses depois, Jenner o inoculou novamente, mas desta vez com o pus varioloso e o menino não adoeceu. Assim, foi descoberta a vacina que era produzida com material retirado das pústulas dos animais, sendo criado, em 1799, o primeiro instituto vacínico em Londres.
O histórico da biotecnologia aponta conhecimentos complexos nos quais a ciência e a tecnologia se conectam e se organizam. A figura a seguir apresenta a evolução da biotecnologia e, segundo os estudos da consultoria Deloitte, a biotecnologia representa hoje cerca de 27% do mercado global e mostra indícios viáveis que, em 2024, esse número poderá aumentar para 31%.
1.3 Abrangência da biotecnologia
Os sistemas biológicos possibilitam a realização de complexos processos utilizados na saúde, no aprimoramento e melhoria de plantas e animais, no desenvolvimento e caracterização de microrganismos, no cultivo de células animais ou vegetais ou na indústria através de processos relacionados ao meio ambiente e ao desenvolvimento sustentável.
A figura a seguir apresenta os diferentes áreas e setores em que a biotecnologia atua.
A abrangência dos conhecimentos diretamente relacionados à biotecnologia está intimamente ligada à inovação, principalmente quando se leva em consideração a criação de remédios tecnológicos e inovadores, produção de plásticos biodegradáveis, reutilização ou reciclagem de resíduos, agricultura autossustentável, testes diagnósticos imediatos e precisos, aumento do ciclo de vida, biocombustíveis etc.
1.4 Classificações da biotecnologia
A biotecnologia concilia o desenvolvimento socioeconômico com a conservação e proteção dos ecossistemas do planeta. Um dos frutos do ECO-92 foi a criação da Convenção sobre Diversidade Biológica (CDB), dentro da Agenda 21, um tratado internacional para manutenção da biodiversidade da Terra que conta, atualmente, com 175 países signatários, incluindo o Brasil.
A extensa diversidade de aplicações da biotecnologia condicionou a necessidade de efetuar classificações específicas para os seus ramos, por meio de um sistema de cores que os agrupa de acordo com suas características comuns ou com sua utilidade final, conforme ilustra a tabela a seguir.
Meios especializados e específicos utilizam a biotecnologia como ferramenta para o desenvolvimento de processos por meio da sua classificação. Porém, Matyushenko et al (2016) apontam falhas nesse sistema e argumentam que os obstáculos estão inseridos na interdisciplinaridade da biotecnologia, fazendo com que algumas áreas se sobreponham, sugerindo a formulação de uma matriz de input-output de origens por aplicações.
1.5 Aplicações da biotecnologia em biomedicina
A biomedicina é considerada uma área nova e com muitas oportunidades e vagas a serem preenchidas, demonstrando-se muito promissora no presente cenário do mercado de trabalho. O biomédico é capacitado, principalmente, para atuar em laboratórios clínicos realizando análises de materiais. No entanto, esse profissional possui habilidades que permitem uma atuação muito mais ampla, em áreas como: análises clínicas, análises ambientais, análises bromatológicas, biologia molecular, genética, reprodução humana, banco de sangue, acupuntura, imagenologia, microbiologia dos alimentos, geneticista, entre muitas outras.
2 Engenharia genética
No dia 26 de julho de 2000, foi anunciada a conclusão do Projeto Genoma Humano, mediante a decodificação dos três bilhões de pares básicos. O estudo concluiu que o DNA humano é composto por aproximadamente 30 mil genes, dispostos ao longo de 23 pares de cromossomos (46 cromossomos humanos), compostos por quatro bases químicas, adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T), caracterizando as informações genéticas do DNA. Do agrupamento destas quatro bases resulta a identidade genética de cada indivíduo e disponibiliza o domínio nas áreas da reprodução, da transmissão da herança genética e do sistema nervoso.
O projeto ainda criou conexões de estudos para novas ciências, como a genética, a biologia molecular, a citologia, a engenharia genética e a sociobiologia, de acordo com Góes e Oliveira (2014). Essas grandes descobertas impulsionaram três grandes acontecimentos: a decifração do código genético humano, através do Projeto Genoma Humano, a criação dos transgênicos e a clonagem.
2.1 Conhecendo a engenharia genética
O gene é formado por ácidos nucleicos que contêm informações genéticas compondo o genoma. Essa macromolécula é composta por sequências de nucleotídeos, armazenando o DNA e revelando quais são os aminoácidos na proteína.
Fique de olho: É importante lembrar que as bases de citosina se encaixam na guanina e as bases de timina se encaixam na adenina.
A engenharia genética compreende a transferência do material genético de um ser vivo a outro, sendo que a alteração parcial ou estrutural deste outro organismo é denominada como transgênico. Martínez (1994) define essa ciência como aquela que
· compreende a totalidade das técnicas dirigidas a alterar ou modificar a carga hereditária de alguma espécie, seja com o fim de superar enfermidades de origem genética (terapia genética), ou com o objetivo de produzir modificações ou transformações com fins experimentais, isto é, de lograr (a concepção de) um indivíduo com características até esse momento inexistentes na espécie humana (manipulação genética).
A tecnologia da engenharia genética assume um destaque considerável na biotecnologia, principalmente pela descoberta da fusão celular e do DNA recombinante e pelas suas aplicações nos processos de fermentação e cultura de tecidos, conforme Domingues (1989).
Há muitos anos, os procedimentos para melhoramento genético de animais e plantas participam da biotecnologia, pois criadores de animais cruzam os indivíduos para expressar variedades através das técnicas disponibilizadas pela genética clássica.
Segundo Machado (2010, p. 1039),
· [a] Genética mudou radicalmente nos últimos 30 anos. Novas técnicas foram desenvolvidas, aplicando-se aos micro-organismos. Saliente-se a descoberta da estrutura e da função do ácido desoxirribonucleico (ADN). Desde os anos 70, pesquisadores começaram a manipular diretamente o DNA e, hoje, a Engenharia Genética tornou-se a empresa de bilhões de dólares. Pesquisa-se o uso de Organismos Geneticamente Modificados (OGMs) em muitas áreas diferentes, como agricultura, produtos farmacêuticos, especialmente produtos químicos, e despoluição ambiental.
Assim, a ciência da engenharia genética estuda o patrimônio genético, a biodiversidade do meio ambiente e está consolidada no exercício da “atividade de produção e manipulação de moléculas de ADN/ARN recombinante”, conforme o artigo terceiro, IV, da lei número 11.105/2005, segundo Brasil (2011a, p. 297). O DNA (ácido desoxirribonucléico) / RNA (ácido ribonucleico) é o “material genético que contém informações determinantes dos caracteres hereditários transmissíveis à descendência” de acordo com o artigo terceiro, II, da lei número 11.105/2005, conforme Brasil (2011a, p. 297). Segundo esse artigo, tais moléculas são definidas, de acordo com Brasil (2011a, p. 297), como aquelas
· [m]anipuladas fora das células vivas mediante a modificação de segmentos de ADN/ARN natural ou sintético e que possam multiplicar-se em uma célula viva, ou ainda as moléculas de ADN/ARN resultantes dessa multiplicação; consideram-se também os segmentos de ADN/ARN sintéticos equivalentes aos de ADN/ARN natural.
Reconhece-se um organismo geneticamente modificado (OGM) quando seu material genético (DNA/RNA) for modificado por qualquer técnica de engenharia genética, conforme Brasil (2011a, p. 297).
Assim, Sirvinskas (2010, p.617) afirma que,
· [e]ssa manipulação de genes de diferentes espécies realizada no laboratório pode dar origem a novas espécies animais e vegetais, no primeiro caso, mais produtivos e, no segundo, mais resistentes às pragas. As informações contidas nas moléculas são armazenadas e replicadasno interior de outras células, formando-se uma nova espécie.
2.2 Benefícios e riscos da engenharia genética
A ascensão da biologia molecular, através dos conhecimentos adquiridos sobre o genoma humano, tornou possível decodificar um exoma completo em poucas horas e com baixo custo. E, provavelmente, a medicina será a área mais beneficiada por essas mudanças, através de duas novas tendências: a medicina translacional, que é a aplicação das técnicas em nível celular e subcelular ao diagnóstico e tratamento de doenças, e a medicina de precisão, que permite tratar pacientes de acordo com o seu perfil individual, de acordo com Azevedo (2009).
A medicina preditiva possibilita a detecção de predisposições genéticas para determinadas doenças, conseguindo diminuir drasticamente a incidência de enfermidades, o que, por consequência, reduz significativamente os custos com medicina assistencial, medicamentos, internações e terapias. Mapeamentos do número de doentes e doenças efetivamente existentes poderão manejar políticas e disponibilizar informações para, efetivamente, direcionar os tratamentos.
O conhecimento individual do código genético poderá permitir a produção de remédios através de compostos químicos efetivos e criar medidas proporcionais e exatas necessárias ao organismo de cada indivíduo. Sendo que o código genético permite saber o efeito real e reconhecer as particularidades dos medicamentos, potencializando sua eficiência e evitando que pacientes alérgicos a determinadas substâncias sofram os riscos de desenvolver uma crise, segundo Farias (2006).
O mapa genético ajudará a eliminar doenças e mortes de recém-nascidos. A ação sobre células germinais leva a uma alteração permanente que pode trazer consequências às gerações futuras. Assim, a geneterapia consegue introduzir uma célula de um gene que realiza sua função e substitui o gene defeituoso. E, também, a cirurgia genética consegue remover o gene defeituoso e substituir por um gene que consegue realizar as funções normais, conforme Barth (2005).
Conhecimentos prévios adquiridos pela biotecnologia podem ser utilizados para adaptação das plantas ao meio ou vice-versa, conduzindo, por exemplo, à independência das plantas quanto ao uso de adubos e inseticidas, e possibilitando a melhoria genética das espécies e maior produtividade e rentabilidade das cultivações.
Os exames de DNA são técnicas rigorosas utilizadas atualmente para confirmação da paternidade e solucionar trocas de bebês em maternidades, assim como também pode estar inserido na criminalidade genética. A lei brasileira 8.974/95 trata com profundidade essa questão da prática do exame de DNA nas investigações e elucidação de crimes, que vão desde o exame de sêmen até fios de cabelo.
A liberação de organismo geneticamente modificado (OGM) no meio ambiente ainda acarreta dúvidas que envolvem riscos e somente as pessoas jurídicas poderão desenvolver projetos que envolvam a produção deste tipo de organismo, conforme disposto no artigo segundo, parágrafos primeiro e segundo, da lei 11.105/2005, de acordo com Sirvinskas (2010).
Diante desses riscos, este pensador faz questionamentos pertinentes quanto à utilização dos organismos geneticamente modificados. Segundo Sirvinskas (2010, p. 623-624),
[q]uais as reais consequências, em longo prazo, das transformações biotecnológicas? Quais os efeitos que, no futuro, poderão advir das mutações genéticas artificiais, praticadas em laboratório, em animais e plantas? Quais os riscos que o meio ambiente poderá sofrer com a introdução dessa civilização transgênica ou com a criação de organismos geneticamente modificados? Será que o ser humano teria o direito de alterar geneticamente um vegetal ou um animal, criando espécies diferentes das existentes, para atender a seus interesses ou à carência de alimentos? Poderia o homem pôr em xeque o que a natureza levou milhões de anos para construir? Poderia o ser humano saciar sua ganância desafiando a natureza, causando danos ao meio ambiente e às gerações futuras? Seria possível admitir o transporte de genes de uma espécie a outra? A formação de novas espécies mais resistentes não seria um modo de fazer uma seleção natural artificial? Qual o verdadeiro impacto ao meio ambiente e à saúde produzida pela planta transgênica? Poder-se-ia acatar a criação da vida em laboratório? A terapia gênica não seria uma forma disfarçada de eugenismo, por conter em seu bojo o melhoramento genético? Como resolver a questão da patentealidade dos OGMs? […] Diante dos avanços biotecnológicos, como manter o respeito à dignidade da pessoa humana? Com a identificação de todo o código genético do ser humano, no meio previdenciário e empregatício, não poderia haver uma discriminação, mediante a seleção dos contratados de acordo com seus genes?
Levando em consideração que ainda não existem respostas assertivas e concretas sobre as questões mencionadas, cabe ao Poder Público promover ações eficientes e responsáveis para o benefício de todos.
3 Transformação gênica: metodologias de transferência de DNA
As técnicas biotecnológicas ampliaram-se e conduziram o melhoramento genético convencional para a obtenção de genótipos com maior produtividade e qualidade. A transformação genética consiste na introdução controlada de um gene ou fragmento de DNA no genoma de uma célula receptora e sua posterior expressão, conforme Diouf (2003).
3.1 DNA recombinante
Em 1970, a tecnologia do DNA Recombinante (DNAr) foi definida com a utilização de vetores de clonagem, através de plasmídeos, genomas virais e enzimas de restrição que permitiam inserir o DNA em pontos definidos e conseguir isolar fragmentos de RNA passíveis de serem introduzidos no genoma de um organismo com moléculas idênticas de DNA, segundo Candeias (1991). Esta técnica é conhecida como clonagem molecular, iniciando pelo corte da molécula do RNA seguido da inserção do fragmento do DNA no RNA de uma célula hospedeira compatível. Quando esta se divide, duplica a molécula do fragmento de DNA inserido, de acordo com Lima (2008).
A primeira experiência de clonagem de DNA foi feita em 1972 por um grupo de pesquisadores coordenados por Paul Berg. Em 1987, a reação de polimerização em cadeia (PCR) permitiu amplificar lócus específicos a partis da disposição de quantidades mínimas de DNA genômico. A amplificação é feita por uma polimerase extraída da bactéria thermus aquaticus, em cerca de 20 a 30 ciclos, com temperatura controlada, podendo resultar na obtenção de milhões de cópias daquele fragmento de DNA, conforme Haas e Torres (2016).
Um vetor transfere o DNA de uma célula de um organismo doador para a célula de um organismo receptor. Os plasmídeos encontrados em bactérias e leveduras possuem a capacidade de duplicar-se autonomamente, possuindo genes que criam resistência a antibióticos, como a ampicilina e a tetraciclina, e permitem distinguir células hospedeiras que possuem o DNAr das células que não o possuem, de acordo com Candeias (1991).
Os bacteriófagos enxertados com DNAr podem ser introduzidos na célula hospedeira através do processo de infecção. Já os chamados cosmídeos, que são vetores genéticos mistos, com um gene que confere resistência a antibióticos, com a origem de replicação de um plasmídeo, com a extremidade "cohesiva" de DNA do bacteriófago lambda e com sequências de restrição às quais podem unir-se fragmentos de RNA exógeno de até 45Kb de tamanho, tem capacidade muito superior à dos outros vetores. Além do bacteriófago lambda, podem ser usados os bacteriófagos Ml3 e Mu e, ainda, vetores obtidos do vírus SV40, segundo Candeias (1991). A tecnologia do DNAr recorre, por vezes, a segmentos de DNA que possuem a capacidade de se inserir em outros segmentos de RNA, como ilustra a figura a seguir.
Na tecnologia do DNAr, cada enzima possui um padrão específico de corte da molécula de DNA, o que resultará em uma série de fragmentos genômicos que podem ser isolados, clonados e sequenciados. A existência destas enzimas surgiu em 1960 e, desde então, foram identificadas mais de 250 delas, umasconhecidas por endonucleases do tipo I e outras, do tipo II, de acordo com Candeias (1991).
As proteínas multiméricas são capazes de cortar e alterar a molécula de DNA, na presença de adenosina trifosfato (ATP), magnésio bivalente (Mg++) e sadenosilmetionina (SAM). Por outro lado, as endonucleases do tipo II são proteínas monoméricas que necessitam somente de Mg++ para serem ativadas e fazem o corte da molécula de DNA em pontos de natureza específica, reconhecendo sequências de nucleotídeos específicas, segundo Candeias (1991).
As ligases também são enzimas com capacidade de ligarem-se covalentemente às extremidades livres dos fragmentos do DNA. Estas enzimas catalisam a formação de uma ligação fosfodiester entre o terminal hidroxilo 3' e o terminal fosfato 5' de dois nucleotídeos adjacentes, restabelecendo a continuidade estrutural do DNA. A reação de ligação do DNA in vitro reduz a susceptibilidade do ácido nucleico à degradação nucleolítica intracelular, preserva os terminais "cohesive" gerados pelas endonucleases de restrição e permite obterem-se moléculas de DNAr circulares ou lineares, conforme Candeias (1991).
A tabela a seguir demonstrará as principais características entre enzima de restrição e vetores.
3.2 Fundamentos da edição genética
As técnicas de edição genética são utilizadas desde os anos 90 e marca uma das principais evoluções no campo da biotecnologia, segundo Doudna (2015). O procedimento da edição genética é capaz de “destruir” trechos específicos do DNA e inserir novos genes no local, podendo usar células germinativas ou somáticas, de acordo com Tobita et al (2015). No caso das células germinativas, que são os óvulos e espermatozoides, as alterações genéticas são diretamente transmitidas aos descendentes, já no caso das células somáticas, que são todas as outras células do organismo, as modificações não podem ser copiadas.
Em abril de 2015, o pesquisador Junjiu Huang e colaboradores da Universidade de Sun Yat-sen realizaram um experimento com técnicas de edição genética de embriões humanos com o objetivo de corrigir a mutação no gene HBB, codificador da proteína beta-globina, de acordo com Liang et al (2015). Em agosto de 2017, outro experimento corrigiu a mutação no gene MYBPC3, causador de cardiomiopatia hipertrófica, distúrbio caracterizado pelo espessamento da musculatura cardíaca em embriões humanos, conforme Ma et al (2017).
O processo de edição genética acontece em duas fases: inicialmente, pelo reconhecimento e clivagem do DNA e, posteriormente, pelo reparo da molécula. Esta etapa é caracterizada pelo funcionamento de quatro ferramentas:
· Ferramenta 1: Meganucleases.
· Ferramenta 2: Zinc-finger nucleases.
· Ferramenta 3: Transcription activator-like effector nucleases.
· Ferramenta 4: CRISPR-Cas9.
Todas apresentam dispositivos “de reconhecimento”, que permitem aderência às sequências específicas de nucleotídeos do DNA-alvo, e dispositivos “de clivagem”, que permitem seccionar os nucleotídeos do DNA-alvo, segundo Tobita (2015).
O professor doutor Renato Sabbatini, fundador da International Academy of Health Sciences Informatics (IAHSI), cita que a técnica CRISPR-Cas destaca-se pela metodologia acessível para “editar” os genes de uma célula somática ou germinal, inclusive de embriões humanos pré-implantação. O CRISPR é um mecanismo desenvolvido pela evolução de bactérias para desativar certos vírus que as infectam, como os plasmídeos, ou seja, é uma espécie de “sistema imune” primitivo dos procariotos. Consiste em uma molécula de RNA com a sequência de bases complementar a um segmento do genoma do vírus. Ao procurar e ligar-se a essa sequência do DNA do vírus, como um alvo específico, uma enzima, a CaS9, corta precisamente o DNA nesse ponto, inativando-o. Entretanto, também pode ser usada para inserir uma nova sequência depois do DNA, que é fechado por outra enzima, uma endonuclease, tornando-o ativo na célula, de acordo com Arend et al (2017). Entenda como este mecanismo funciona na figura a seguir.
Pelos nucleotídeos seccionados, são geradas as “quebras de dupla fita” (double-strand breaks) que acionam mecanismos endógenos às células para reparar os danos ao DNA. O processo de edição usa esses recursos para fazer as modificações genéticas e, posteriormente, ocorrem dois princípios de reparos, conforme Furtado (2019): a ligação de extremidades não homólogas (non-homologous end joining – NHEJ) e o reparo dirigido por homologia (homology-directed repair – HDR).
O mecanismo NHEJ reconecta as extremidades do trecho clivado da molécula de DNA e é considerado útil quando se busca silenciar a ação de genes (gene knockout). Como exemplo, pode-se mencionar a degradação do gene causador da doença de Huntington ou do gene codificador de receptores em que o HIV se acopla ao invadir as células do organismo, de acordo com Schmidt (2019). Já o mecanismo HDR utiliza moldes (templates) para regenerar quebras de dupla fita, podendo ser inseridos moldes de DNA externo nas células junto com as ferramentas de edição. Estes moldes externos contêm genes selecionados, fornecendo, então, a matriz do novo segmento de DNA a ser criado no local da clivagem, segundo Maeder (2016).
A tecnologia “gene drive” (“impulsionador de genes”) corresponde à edição de gametas produzidos por meiose que são responsáveis pela reprodução sexual das espécies e permite a propagação autônoma e automática pelas várias gerações dos organismos, conforme Furtado (2019). A figura a seguir apresenta as etapas da tecnologia “impulsionador de genes”.
Por exemplo, o portador de uma doença genética, como anemia falciforme, poderá ser curado pela manipulação do sistema hematopoiético pelo CRISPR (suas células-tronco somáticas), juntamente com todos os seus descendentes. Através do “gene drive”, essa modificação gênica se propagará transversalmente, num período de tempo, por todos os indivíduos da família. Em alguns casos, essa propagação pode demorar décadas, dependendo da duração de um ciclo reprodutivo da espécie, mas ocorrerá independentemente do sucesso reprodutivo dos indivíduos, de acordo com Furtado (2019).
Muito possivelmente, na próxima década, a medicina será atingida por uma transformação em relação ao nível de técnicas moleculares, com avanços e inovações nas medicinas translacional e de precisão.
· Fique de olho: A biotecnologia é uma ciência segura. Baseada na interdisciplinaridade biológica divide-se em duas vertentes: a clássica, que utiliza fermentação microbiológica e genética convencional, e a moderna, que fundamenta técnicas de genética molecular. Sendo que ambas servem para prover o bem-estar e disponibilizar serviços.