O que são os OGM e como eles são feitos?

O básico da modificação genética

O que é um OGM?

OGM é a abreviação de "organismo geneticamente modificado". A modificação genética existe há décadas e é a maneira mais eficaz e rápida de criar uma planta ou animal com um traço ou característica específica. Permite mudanças específicas precisas na seqüência do DNA. Como o DNA compreende essencialmente o projeto de todo o organismo, as mudanças no DNA alteram as funções do organismo.

Não há realmente outra maneira de fazer isso, exceto usando as técnicas desenvolvidas nos últimos 40 anos para manipular diretamente o DNA.

Como você modifica geneticamente um organismo? Na verdade, esta é uma questão bastante ampla. Um organismo pode ser uma planta, um animal, um fungo ou uma bactéria, e todos eles podem ser e foram geneticamente modificados por quase 40 anos. Os primeiros organismos geneticamente modificados eram bactérias no início dos anos 70 . Desde então, as bactérias geneticamente modificadas tornaram-se o laborioso de centenas de milhares de laboratórios fazendo modificações genéticas em plantas e animais. A maior parte do embaralhamento genético básico e modificações são projetadas e preparadas usando bactérias, principalmente algumas variações de E. coli , então transferidas para organismos alvo.

A abordagem geral para alterar geneticamente plantas, animais ou micróbios é conceitualmente bem parecida. No entanto, existem algumas diferenças nas técnicas específicas devido a diferenças gerais entre células vegetais e animais.

Por exemplo, as células vegetais têm paredes celulares e as células animais não.

Razões para modificações genéticas de plantas e animais

Animais GM são feitos principalmente para fins de pesquisa, muitas vezes como sistemas biológicos modelo utilizados para o desenvolvimento de drogas. Existem alguns animais transgênicos desenvolvidos para outros fins comerciais, como peixes fluorescentes como animais de estimação, e mosquitos transgênicos para ajudar no controle de mosquitos portadores de doenças.

No entanto, estas são aplicações relativamente limitadas fora da pesquisa biológica básica. Até agora, nenhum animal geneticamente modificado foi aprovado como fonte de alimento. Logo, porém, isso pode mudar com o AquaAdvantage Salmon, que está passando pelo processo de aprovação.

Com as plantas, no entanto, a situação é diferente. Enquanto muitas plantas são modificadas para pesquisa, o objetivo da maioria das modificações genéticas é fazer com que a planta seja comercialmente ou socialmente benéfica. Por exemplo, os rendimentos podem ser aumentados se as plantas forem projetadas com resistência melhorada a uma praga causadora de doenças, como a Papaia Arco-Íris, ou a capacidade de crescer em uma região inóspita, talvez mais fria. As frutas que ficam maduras por mais tempo, como Endless Summer Tomatoes, fornecem mais tempo para o tempo de prateleira após a colheita. Além disso, traços que aumentam o valor nutricional, como Arroz Dourado projetado para ser rico em vitamina A, ou utilidade da fruta, como Maçãs Árticas não-douradas também foram feitas.

Essencialmente, qualquer característica que possa se manifestar com a adição ou inibição de um gene específico, pode ser introduzida. Traços que requerem múltiplos genes também podem ser gerenciados, mas isso requer um processo mais complicado que ainda não foi alcançado com culturas comerciais.

O que é um gene?

Antes de explicar como os novos genes são colocados nos organismos, é importante entender o que é um gene. Como muitos provavelmente sabem, os genes são feitos de DNA, que é parcialmente composto por quatro bases geralmente conhecidas como simplesmente A, T, C, G. A ordem linear dessas bases seguidas em uma linha de DNA de um gene pode ser pensada como um código para uma proteína específica, assim como as letras em uma linha de código de texto para uma frase.

As proteínas são grandes moléculas biológicas feitas de aminoácidos ligados em várias combinações. Quando a combinação certa de aminoácidos é unida, a cadeia de aminoácidos se dobra em conjunto em uma proteína com uma forma específica e as características químicas corretas juntas para permitir que ela execute uma função ou reação em particular. As coisas vivas são feitas basicamente de proteínas. Algumas proteínas são enzimas que catalisam reações químicas; outros transportam material para dentro das células e alguns agem como interruptores ativando ou desativando outras proteínas ou cascatas de proteínas.

Então, quando um novo gene é introduzido, ele dá à célula a seqüência de código para permitir que ela faça uma nova proteína.

Como as células organizam seus genes?

Em plantas e células animais, quase todo o DNA é ordenado em vários filamentos longos que se transformam em cromossomos. Os genes são, na verdade, apenas pequenas seções da longa seqüência de DNA que compõe um cromossomo. Toda vez que uma célula se replica, todos os cromossomos são replicados primeiro. Este é o conjunto central de instruções para a célula, e cada célula progênie recebe uma cópia. Assim, para introduzir um novo gene que permita à célula produzir uma nova proteína que confira uma característica específica, basta inserir um pouco de DNA em uma das longas cadeias cromossômicas. Uma vez inserido, o DNA será passado para todas as células filhas quando elas se replicarem como todos os outros genes.

De fato, certos tipos de DNA podem ser mantidos em células separadas dos cromossomos e genes podem ser introduzidos usando essas estruturas para que não se integrem no DNA cromossômico. Entretanto, com essa abordagem, uma vez que o DNA cromossômico da célula é alterado, geralmente não é mantido em todas as células após várias replicações. Para modificações genéticas permanentes e hereditárias, como os processos usados ​​para engenharia de culturas, são usadas modificações cromossômicas.

Como um novo gene é inserido?

A engenharia genética refere-se simplesmente à inserção de uma nova sequência de bases de DNA (geralmente correspondente a um gene inteiro) no DNA cromossômico do organismo. Isso pode parecer conceitualmente direto, mas tecnicamente, fica um pouco mais complicado. Existem muitos detalhes técnicos envolvidos na obtenção da sequência de DNA correta com os sinais corretos no cromossomo, no contexto correto, que permite que as células reconheçam que é um gene e o usam para produzir uma nova proteína.

Existem quatro elementos-chave que são comuns a quase todos os procedimentos de engenharia genética:

1. Primeiro, você precisa de um gene. Isso significa que você precisa da molécula de DNA físico com as sequências de base específicas. Tradicionalmente, essas seqüências foram obtidas diretamente de um organismo usando qualquer uma das várias técnicas laboriosas. Hoje em dia, em vez de extrair DNA de um organismo, os cientistas tipicamente apenas sintetizam a partir das substâncias químicas básicas A, T, C, G. Uma vez obtida, a seqüência pode ser inserida em um pedaço de DNA bacteriano que é semelhante a um pequeno cromossomo (um plasmídeo) e, uma vez que as bactérias se replicam rapidamente, pode ser feito o máximo do gene necessário.
2. Uma vez que você tenha o gene, você precisa colocá-lo em uma fita de DNA cercada com a sequência de DNA ao redor para permitir que a célula a reconheça e expresse. Principalmente, isso significa que você precisa de uma pequena seqüência de DNA chamada promotor que sinaliza a célula para expressar o gene.
3. Além do gene principal a ser inserido, muitas vezes um segundo gene é necessário para fornecer um marcador ou seleção. Este segundo gene é essencialmente uma ferramenta usada para identificar as células que contêm o gene.
4. Finalmente, é necessário ter um método de entregar o novo DNA (isto é, promotor, novo gene e marcador de seleção) nas células do organismo. Existem várias maneiras de fazer isso. Para as plantas, o meu favorito é a abordagem de armas de genes que usa um fuzil 22 modificado para atirar partículas de tungstênio ou ouro revestidas de DNA nas células.

Com células animais, há vários reagentes de transfecção que revestem ou complexam o DNA e permitem que ele passe através das membranas celulares. Também é comum que o DNA seja unido com DNA viral modificado que pode ser usado como um vetor genético para transportar o gene para as células. O DNA viral modificado pode ser encapsulado com proteínas virais normais para formar um pseudovírus que pode infectar células e inserir o DNA portador do gene, mas não se replicar para formar um novo vírus.

Para muitas plantas dicotiledóneas, o gene pode ser colocado numa variante modificada do transportador T-DNA da bactéria Agrobacterium tumefaciens. Existem algumas outras abordagens também. No entanto, com a maioria, apenas um pequeno número de células capta o gene, tornando a seleção das células manipuladas uma parte crítica desse processo. É por isso que um gene de seleção ou marcador é normalmente necessário.

Mas, como você faz um rato geneticamente modificado ou tomate?

Um OGM é um organismo com milhões de células e a técnica acima descreve apenas como manipular geneticamente células isoladas. No entanto, o processo para gerar todo um organismo envolve essencialmente o uso dessas técnicas de engenharia genética em células germinativas (isto é, espermatozoides e óvulos). Uma vez que o gene chave é inserido, o restante do processo basicamente usa técnicas de reprodução genética para produzir plantas ou animais que contêm o novo gene em todas as células do corpo. A engenharia genética é realmente feita apenas às células. Biologia faz o resto.