Artigo Plantas Trangênicas

Prévia do material em texto

34 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento
PLANTAS TRANSGÊNICAS - POR QUÊ?
Ao abrir qualquer revista, seja de
moda ou científica, a inocente ovelha
Dolly nos cumprimenta! Fruto do desen-
volvimento científico e tecnológico, Dolly
é hoje o símbolo máximo da capacidade
do homem de recriar a natureza. E esta
capacidade se estende ao mundo vege-
tal.
Os conhecimentos básicos - deriva-
dos da genética, da biologia molecular e
da biologia celular moderna - que permi-
tiram a criação da Dolly podem e são
utilizados na pesquisa agrícola moderna
para melhorar espécies de plantas essen-
ciais para a alimentação humana e ani-
mal.
Desde o início da agricultura, ou
seja, desde que os seres humanos aban-
donaram a vida nômade e resolveram
viver em aldeias e cidades, os objetivos
dos agricultores são:
1. aumentar a produtividade de de-
terminadas culturas pela seleção de va-
riedades que apresentem:
resistência a doenças e pragas;
resistência a encharcamentos e à
seca;
maior resposta ou independência a
fertilizantes;
tolerância a condições ambientais
hostis, como solos ácidos e/ou salgados
etc.
2. aumentar o valor de culturas de
interesse socioeconômico, selecionan-
do características como:
maior conteúdo de óleo;
maior valor nutritivo;
maior facilidade de colheita e arma-
zenagem;
independência da proteção por pro-
dutos químicos.
Até poucos anos atrás, a única ma-
neira de alcançar estes objetivos era
através dos métodos clássicos de cruza-
mento, ou seja, da genética mendeliana.
No entanto, estas estratégias levaram o
rendimento das culturas a uma situação
estacionária, que não foi solucionada
pelos métodos convencionais. Além dis-
so, estes métodos não permitem ultra-
passar as barreiras naturais de cruza-
mentos, e até que uma variedade com
características novas possa ser lançada
no mercado, 5 a 15 anos se passam.
Outra desvantagem do melhoramento
clássico é o fato de que, além das qua-
lidades desejadas, qualidades indesejá-
veis são transferidas porque, invariavel-
mente, o melhorista é forçado a trabalhar
com a informação genética inteira dos
pais.
Os métodos da biotecnologia per-
mitem não somente reduzir o tempo da
obtenção de variedades com novas ca-
racterísticas, mas também transmitir pro-
priedades de espécies que, normalmen-
te, são sexualmente incompatíveis. Em
outras palavras, as barreiras naturais entre
as espécies podem ser superadas, o que
oferece um enriquecimento de varieda-
des realmente novas em forma de plan-
tas transgênicas. Além disso, é possível,
com os métodos da biologia molecular
moderna, isolar e manipular genes espe-
cíficos, o que não acontece no melhora-
mento clássico, onde o melhorista é
obrigado a trabalhar com genomas intei-
ros.
PLANTAS TRANSGÊNICAS - COMO?
As primeiras plantas transgênicas
foram desenvolvidas em 1983 quando
um gene codificante para a resistência
contra o antibiótico canamicina foi in-
troduzido em plantas de fumo. Nesta
frase, tudo o que é essencial para com-
preender o que é uma planta transgênica
e como ela pode ser obtida está incluído.
Assim, é necessário:
 - um gene de interesse;
 - uma técnica para transformar cé-
lulas vegetais através da introdução do
gene de interesse nestas; e
 - uma técnica para regenerar, a
partir de uma só célula transformada,
uma planta inteira.
Eugen S.Gander e
Lucilia H. Marcellino
Laboratório de Biologia Molecular
EMBRAPA-CENARGEN
S.A.I.N Parque Rural
70770-900 Brasília-DF
Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento 35
Após esta última etapa, temos uma
planta transgênica porque ela contém,
além dos genes naturais, um gene adici-
onal proveniente de um outro organis-
mo, que pode ser uma planta, uma
bactéria ou até um animal.
Os genes de interesse
O genoma de uma bactéria contém
aproximadamente 5.000 genes, o de plan-
tas tem em torno de 40.000 a 60.000,
enquanto que o genoma de seres huma-
nos consiste na faixa de 100.000 genes.
Independente do organismo e de sua
complexidade, os genes são segmentos
de um mesmo tipo de molécula: o ácido
desoxirribonucléico (DNA). Esta carac-
terística é que permite que genes de um
organismo sejam potencialmente funci-
onais em outro. Mas como isolar um
gene de interesse dentro da totalidade do
genoma de qualquer organismo? A apre-
sentação dos pormenores específicos
das técnicas de DNA recombinante não
é o objetivo deste artigo, mas gostaría-
mos de apresentar, resumidamente, as
ferramentas necessárias.
Uma das possibilidades para isola-
mento de um gene é a construção de
uma “biblioteca genômica”. Para tal, o
DNA do organismo contendo o gene de
interesse é extraído. Em seguida, este
DNA é cortado em fragmentos menores
utilizando as enzimas de restrição - que
são como tesouras moleculares. Estes
fragmentos são, então, ligados a outros
fragmentos de DNA, mas que podem se
replicar em bactérias. Este material é
inserido na bactéria e aí replicado várias
vezes. A partir daí, é só selecionar a
colônia de bactérias que contém o frag-
mento de DNA correspondente ao gene
de interesse. Desta maneira, uma quan-
t idade impress ionante de genes
bacterianos, de plantas, animais e huma-
nos já foi isolada e está à disposição da
comunidade científica.
Diversos genes de interesse agronô-
mico já foram isolados. Podemos citar
alguns que já estão disponíveis e seu
potencial de uso no melhoramento de
plantas:
Gene que codifica para uma prote-
ína de alto valor nutricional, presente na
castanha-do-pará. Este gene poderia ser
usado para aumentar o valor nutricional
de algumas culturas importantes, como,
por exemplo, o feijão, soja, ervilha etc.
Genes que codificam para proteí-
nas capazes de modificar herbicidas,
inativando-os. Herbicidas são muito usa-
dos para o controle de ervas daninhas
em algumas culturas. Entretanto, algu-
mas plantas não sobrevivem à aplicação
deste produto. Deste modo, culturas
contendo este gene poderiam se tornar
resistentes ao herbicida, facilitando as-
sim o controle das ervas.
Genes bacterianos que codificam
para proteínas com propriedades tóxicas
para insetos. Insetos que se alimentas-
sem de plantas expressando este gene
morreriam ou se desenvolveriam com
menor eficiência, levando ao seu con-
trole na cultura.
Nestes exemplos, trata-se de carac-
terísticas monogênicas, onde o fenótipo
é determinado pela expressão de um
único gene. Mas é necessário salientar
que, muitas vezes, certas características
importantes são definidas por vários
genes - a resistência à seca, salinidade
ou acidez do solo são alguns exemplos
deste tipo de característica. Todas elas
são, provavelmente, o produto de ações
coordenadas em tempo e em espaço de
baterias de genes, e devido a esta com-
plexidade, a identificação de todos os
componentes genéticos para este tipo de
característica ainda está no início, em
laboratórios no mundo inteiro.
A transferência dos genes de
interesse
O isolamento de genes é, hoje, uma
técnica dominada pela ciência. A etapa
seguinte para a obtenção de plantas
transgênicas é a inserção do gene isola-
do em células vegetais. Algumas estraté-
gias para alcançar esse objetivo já foram
desenvolvidas. Vejamos as mais impor-
tantes:
Agrobactéria
Há bactérias do solo, do gênero
Agrobacterium, que se associam a plan-
tas dicotiledôneas, causando-lhes tumo-
As plantas in vitro são colocadas nas câmaras de cultura de tecidos do Cenargen, que possuem as
condições ideais de temperatura e umidade necessárias ao seu crescimento.
36 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento
res. Durante a infecção, a bactéria é
capaz de inserir seus próprios genes no
genoma da planta. Estudos demonstra-
ram que estes genes estão codificados
no DNA de grandes plasmídeos de
Agrobacterium, os plasmídeos Ti (= Tu-
mor inducing = indutores de tumores),
em um segmento de DNA denominadode T-DNA (Transferred DNA = DNA trans-
ferido). O T-DNA, carregando os genes
bacterianos, integra-se ao genoma da
planta, que passa a expressar estes genes.
Esta expressão resulta na síntese de
auxinas e citocininas, que levam à for-
mação de tumores em plantas, e
aminoácidos modificados (opinas), subs-
tâncias necessárias para a sobrevivência
da bactéria. Em outras palavras: através
desta estratégia, a agrobactéria transfere
alguns de seus genes para a planta, com
os seus plasmídeos Ti, que representam
vetores naturais de transferência de ma-
terial genético para plantas.
Para aproveitar-se destas proprie-
dades naturais para a transferência de
genes de interesse em plantas, é neces-
sário eliminar as características indesejá-
veis do T-DNA, mantendo a sua capaci-
dade de integrar-se ao genoma da planta
hospedeira. Em outras palavras, os genes
responsáveis pela formação de tumores
devem ser eliminados e, no lugar deles,
devem ser inseridos os genes de interes-
se. Com as “tesouras moleculares”, as
chamadas enzimas de restrição, é possí-
vel executar a substituição destes genes
sem interferir nas propriedades que per-
mitem a integração do T-DNA ao DNA da
célula hospedeira. Assim, qualquer gene
pode ser introduzido em uma célula
vegetal utilizando-se esta ferramenta ofe-
recida pela própria natureza.
Neste caso, não se trata de uma
invenção humana. A natureza chegou lá
primeiro e há muito tempo!
Transferência direta de genes
Neste caso, os genes são inseridos
diretamente na célula vegetal, sem inter-
médio da agrobactéria. Este tipo de trans-
ferência de genes é o método de escolha
quando se t ra ta de plantas
monocotiledôneas como milho, trigo etc.
A transferência de genes é alcançada
por um dos seguintes métodos:
1. Eletroporação de protoplastos e
células vegetais
Protoplastos são células vegetais
desprovidas de parede celular. Para a
transformação, são incubados em solu-
ções que contêm os genes a serem trans-
feridos, e, em seguida, um choque elétri-
co de alta voltagem é aplicado por
curtíssimo tempo. O choque causa uma
alteração da membrana celular, o que
permite a penetração e eventual
integração dos genes no genoma. O
mesmo princípio também pode ser apli-
cado para células vegetais, porém, a taxa
de transformação é mais baixa.
2.Biolística
Há ainda outra técnica, de caracte-
rística bastante bélica, para a transforma-
ção de células ou tecidos vegetais e
animais, que foi introduzida no início da
década de 80. Trata-se do método de
biolística, anteriormente chamado “ba-
lística”. É baseado no princípio da arma
de fogo! A diferença é que na engenha-
ria genética, em vez de projéteis de
chumbo, utiliza-se microprojéteis de ouro
ou tungstênio cobertos com os genes de
interesse. Esta “munição” biológica é
acelerada com pólvora ou gás em dire-
ção aos alvos, que neste caso são os
tecidos vegetais. Os genes entram nas
células junto com o projétil e se integram
ao genoma celular! Transformação cum-
prida!
A regeneração das plantas a partir
das células transformadas
Uma vez inserido o gene na célula
vegetal, por um dos métodos menciona-
dos acima, esta célula ou grupos delas
são estimulados a gerar uma planta intei-
ra transformada.
A transformação de uma célula ve-
getal é um tipo de manipulação genética
Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento 37
que atende ao mesmo princípio da trans-
formação de microrganismos, estabele-
cido pela primeira vez em 1973, quando
Stanley e Cohen, em San Francisco, in-
troduziram o gene proveniente de uma
rã dentro de uma bactéria. No entanto,
há diferenças conceituais entre a situa-
ção com microrganismos e com plantas:
nos primeiros, o objetivo final são mu-
danças operadas ao nível celular, en-
quanto que em eucariotos superiores,
como plantas e animais, as mudanças
obtidas ao nível celular não são signifi-
cativas, a não ser que possam ser
transferidas para todas as células do
organismo. Em outras palavras: o domí-
nio das técnicas de regeneração de plan-
tas inteiras a partir de uma única célula
é condição sine qua non na biotecnologia
aplicada para a agricultura. E como cada
espécie de planta tem diferentes exigên-
cias hormonais, nutricionais e ambientais
para a regeneração, esta etapa ainda
representa o maior gargalo na criação de
plantas transgênicas, embora esta técni-
ca já esteja estabelecida para inúmeras
plantas de interesse econômico.
PLANTAS TRANSGÊNICAS - ONDE?
Uma vez dominados a identificação
e o isolamento de genes de interesse e a
regeneração de plantas hospedeiras a
partir de uma ou de um grupo de células
transformadas, são incontáveis as possi-
bilidades oferecidas por esta tecnologia
em plantas transgênicas.
E esta tecnologia vem sendo mais e
mais utilizada. No ano de 1987, cinco
tipos de plantas transgênicas foram tes-
tadas no campo; já em 1995, um total de
707 tipos de plantas transgênicas já fo-
ram para o campo!
Não é surpreendente que entre as
espécies geneticamente manipuladas se
encontrem aquelas que são as mais im-
portantes na alimentação humana e ani-
mal e na indústria de tecido, ou seja,
milho, batata, tomate, soja, feijão, algo-
dão e, como planta modelo em experi-
mentos de pesquisa básica, o fumo.
Além destas espécies, foram transforma-
das melancia, couve, cenoura, alfafa,
arroz, trigo, girassol, alface, maçã e amen-
doim, entre outras.
De uma maneira geral, mais de 50%
destas espécies foram transformadas com
genes que conferem resistência a
herbicidas, vírus e insetos. Em outros
30% dos casos, o objetivo da transforma-
ção genética era um aumento da quali-
dade dos produtos e o restante visou à
obtenção de resistência a fungos ou
obtenção de conhecimentos básicos nas
área de biologia molecular de plantas ou
das interações entre patógenos e plantas.
No que diz respeito ao melhora-
mento qualitativo de produtos vegetais,
cabe-nos destacar os tomates que, gra-
ças às manipulações genéticas, amadu-
recem muito mais devagar do que toma-
tes não manipulados. Para quem já lutou
com uma geladeira ocupada de tomates
em estágios avançados de maturação, a
vantagem deste tipo de alteração é óbvia!
Outro tipo de melhoramento envol-
ve a manipulação, no sentido de dimi-
nuição, da síntese de ácidos graxos
saturados ou a expressão de genes de
proteínas de reserva com teor otimizado
de aminoácidos essenciais para a nutri-
ção humana ou animal.
Mas as plantas transgênicas não são
promissoras somente para a indústria
alimentícia. Alguns pesquisadores estão
atualmente investigando a possibilidade
de usar plantas transgênicas na produ-
ção de vacinas contra doenças humanas
e de animais, tais como cólera, malária e
gastroenterites de porcos. Neste último
caso, trata-se de uma doença viral que
afeta porcos recém-nascidos. Os pesqui-
sadores acham que é possível imunizar
os animais através de alimentação com
batatas que expressem uma proteína
imunogênica do vírus causador da do-
ença.
E se vocês acham que “anticorpos”
sempre serão “anticorpos”, vocês estão
enganados: desde 1989 existem também
os “planticorpos” ou seja anticorpos que
são produzidos, em escala, em plantas
transgênicas.
Estes poucos exemplos mostram o
imenso potencial de plantas transgênicas
não somente na agricultura, mas também
nas áreas da saúde humana e animal e
na produção industrial e processamento
de alimentos.
Embora o assunto deste artigo seja
bem definido e abranja apenas as plan-
tas transgênicas, gostaríamos de chamar
a atenção para o fato de que a
biotecnologia aplicada em todos os seto-
res de nosso interesse requer atenção
visando ao controle de possíveis riscos
para o ambiente e o equilíbrio ecológico.
Eugen Silvano Gander recebeu o título de doutor em Biologia da Universidade de
Basel na Suíça, fez pós-doutorados no Instituto de Pesquisa Experimental sobre o Câncer
em Lausanne, Suíça, na NorthwesternUniversity nos Estados Unidos, na Universidade
Paris VII e em Toulouse, França. Foi professor da UnB e atualmente trabalha como líder
de projetos na área de biotecnologia na Embrapa-Cenargen.
Lucilia Helena Marcellino é mestre em Biologia Molecular pela UnB e atualmente
é estudante de doutorado da mesma universidade. Trabalha como pesquisadora na
Embrapa - Cenargen, na regulação da expressão gênica em plantas.