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Introdução geral à disciplina de Engenharia Genética
O objectivo desta 1ª aula é definir o conceito de engenharia genética e discutir alguns conceitos básicos subjacentes a esta disciplina. Em termos simplistas falar de engenharia genética é o mesmo que falar de manipulação de DNA (ácido deoxiribonucleico). O conjunto completo de instruções responsáveis pelo crescimento e estrutura de um qualquer organismo é denominado genoma. Presente em todas (quase todas é mais correcto) as células de um organismo, o genoma é constituido por DNA. Numa célula eucariótica o DNA encontra-se no núcleo, "empacotado" com proteínas (principalmente histonas) em estruturas que se designam por cromossomas (Fig. 1). Em células procarióticas a organização é mais simples já que não existe núcleo nem "empacotamento" do DNA.
Fig. 1
O DNA é constituído por duas cadeias polinucleotídicas (sequências repetitivas de nucleótidos ou bases azotadas) que adoptam uma estrutura em dupla hélice. Estas duas cadeias associam-se através da formação de pontes de hidrogénio entre as bases azotadas constituintes: a guanina (G) associa-se especificamente com citosina (C); a adenina (A) associa-se especificamente com timina (T). Este emparelhamento de bases constitui a base da complementaridade do DNA. Este modelo estrutural do DNA implica que as duas cadeias estejam orientadas em sentidos opostos - anti-paralelas (Fig. 2).
Fig. 2
Com
excepção do número e sequência de nucleótidos, o DNA de qualquer organismo
é física e quimicamente semelhante. A descoberta de que o DNA de um qualquer organismo se mantém
funcional quando transferido para outro organismo constitui a base da Engenharia
Genética!
Pré-teste
1. Diferenças entre DNA procariótico e eucariótico. 3. Ligase. 4. Vectores (no contexto da engenharia genética). 5. Clonagem de DNA. 10. Biblioteca de DNA.
Difícil ou nem por isso? Se teve dificuldades em responder, não se preocupe. No fim do semestre estes temas, e outros mais elaborados, serão triviais.
Uma das conclusões óbvias após a discussão das respostas às perguntas do pré-teste é a seguinte: Engenharia genética = tecnologia de DNA recombinante
Uma definição mais descritiva: Engenharia
genética – Manipulação do DNA de um determinado
organismo com o objectivo de estudar a estrutura e/ou função de determinado
gene ou sequência, produzir ácidos núcleicos, proteínas ou processos biológicos úteis ou
melhorar as características desse organismo. A Engenharia
Genética permite a identificação de genes ou sequências específicas, o seu isolamento do
genoma de um organismo, a sua clonagem de forma a obter um grande número de cópias,
a análise e modificação dessa cópia e a sua reinserção no genoma do
organismo de origem ou num organismo diferente. O esquema da figura seguinte (Fig. 3) pretende resumir, de forma abrangente, as abordagens técnicas e teóricas e aplicações da engenharia genética. Fig. 3
Perspectiva
histórica da engenharia genética
A combinação de DNA de diferentes organismos
(plantas, animais, bactérias, etc.) resulta em organismos modificados com uma
"combinação" (limitada, obviamente) de características dos organismos originais. Poder-se-á chamar Engenharia
Genética a este processo? E à selecção de cruzamentos
(animais domésticos e plantas de cultivo) que vem sendo feita à
milhares de anos? Não, pois ocorre apenas (com raras excepções) entre indivíduos da mesma espécie.
A Engenharia Genética teve a sua origem no final dos anos 60 e início dos anos 70. Em experiências com bactérias, vírus e pequenas moléculas de DNA circular presentes em bactérias (plasmídeos) foi identificada a "ferramenta" primordial e fundamental da Engenharia Genética. Enzimas de restrição! Hamilton Smith, Daniel Nathans e Werner Arber foram galardoados com o prémio Nobel da Medicina e Fisiologia em 1978 em virtude desta descoberta. As enzimas de restrição proporcionam
um conjunto de ferramentas que permite "partir" o DNA em fragmentos de
tamanho definido e previsível. Desta forma é possível obter informação
relativa à sequência de DNA, remover um fragmento de
DNA de um determinado organismo, amplificá-lo, e reintroduzi-lo no mesmo ou
num novo organismo!
Limitações da engenharia genéticaO "cartoon" seguinte (Fig. 4) pretende utilizar o clássico da literatura de terror, Frankenstein, para caricaturar algumas das preocupações e receios actuais com a potencial má utilização da engenharia genética.
Fig. 4
A resposta a estes, e outros receios, tem que ser encontrada na sociedade humana e na sua capacidade de julgar e regulamentar a aplicação do conhecimento científico. Com certeza não passará pelo bloqueio da aquisição desse conhecimento... Tendo em conta as limitações actuais da engenharia genética temos de reconhecer que, pelo menos para já, a ficção está longe de se confundir com a realidade: - É impossível começar apenas com um tubo de
ensaio cheio de nucleótidos e criar um novo organismo! É necessário trabalhar
com o genoma de um organismo pré-existente ao qual é possível adicionar ou
modificar um
pequeno número de características. - Só é possível transferir características
determinadas por um único ou poucos genes. A engenharia genética não permite
a transferência de características complexas que são o resultado da interacção
de dezenas ou centenas de genes, como características comportamentais ou
inteligência.
Aplicações
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