O termo biotecnologia basicamente refere-se ao uso de um organismo vivo, ou de componentes derivados de um organismo vivo, para a produção de um bem ou um serviço. Sendo assim, segundo essa definição, a biotecnologia começou a ser usada a pelo menos 4.000 a.C, quando as culturas do Egito antigo dominaram a técnica de fazer vinho.
Percebe-se que durante muitos anos a biotecnologia utilizou microrganismos vivos, mas sem nenhuma alteração, a não ser talvez pela seleção de linhagens mais eficientes. Contudo, a biotecnologia foi dividida com a aparição da técnica de engenharia genética, ficando conhecida como biotecnologia tradicional e biotecnologia moderna. A tradicional usava apenas de organismos vivos, enquanto a moderna utilizava-se das técnicas de engenharia genética para melhorar o objeto de estudo.
Uma parte importante dentro da biotecnologia tem sido os produtos de uso terapêutico. A primeira droga aprovada a ser produzida em escala industrial por meio da técnica de engenharia genética foi a insulina. A insulina é um hormônio produzido pelas células do pâncreas e importante na regulação do metabolismo do açúcar. A falta de insulina causa a diabetes, ou seja, as células não possuem capacidade de produzir a insulina, sendo necessário que uma pessoa diabética tome injeções diárias de insulina.
Antes da engenharia genética, a insulina era produzida a partir de pâncreas bovino ou suíno. Embora a insulina animal fosse biologicamente ativa em humanos, a sequência de seus aminoácidos é levemente diferente, o que prova reações imunes em pacientes que a reconhecem como uma proteína estranha. Entretanto, a insulina produzida a partir da clonagem do gene humano, por ser exatamente igual à insulina normalmente secretada pelo pâncreas humano, não apresenta efeitos de reação.
Com o advento da engenharia genética, a parte vegetal e animal ganharam mais força dentro da biotecnologia. A modificação genética dessas áreas começou a existir através das técnicas de melhoramento genético. Selecionar semestres maiores para o plantio da próxima safra ou realizar o cruzamento de dois animais com características desejadas sempre foi considerado melhoramento genético. Entretanto, os métodos clássicos de melhoramento são lentos e incertos. Além disso, a introdução de um gene ou de um conjunto de genes, por métodos convencionais, requer repetidos cruzamentos, sendo assim, restrito às espécies com reprodução sexuada. A engenharia genética supera essas dificuldades, acelerando o processo de domesticação de plantas e animais.
Atualmente, uma combinação de técnicas permite isolar um gene especifico que codifica uma característica desejada e transferir esse gene para outros organismos vivos afim de adapta-los aos nossos propósitos. O organismo que tem o patrimônio genético alterado pela técnica de engenharia genética é conhecido como transgênico (Figura 1), enquanto o gene introduzido é chamado de transgene.
2. Plantas: vantagens e desvantagens para a engenharia genética
O fato das células vegetais apresentarem um invólucro rígido em torno da membrana celular, que se apresenta como um empecilho para a introdução de um DNA exógeno, é considerado uma desvantagem. Outra desvantagem é o tamanho do genoma das plantas, que podem ser considerados grandes quando comparados ao genoma humano, e dificulta a observação de características recessivas.
Por outro lado, algumas plantas apresentam grandes vantagens em relação aos animais. Muitas delas podem ser autofecundadas, e com isso, a mutação presente em heterozigose pode ser transmitida gerando descendentes com o tipo selvagem. Além disso, como as plantas produzem um número grande de descendentes, mesmo mutações extremamente raras têm chance de ser detectadas. Mas, a característica mais notável nas plantas, é a totipotência, ou seja, a capacidade de regenerar em uma planta adulta a partir de uma única célula vegetal.
3. Aplicações da engenharia genética em plantas
3.1. Melhoramento da planta e da colheita
Resistência a insetos: insetos predadores de plantas representam uma das causas de grandes prejuízos na agricultura. Aproximadamente 15% da produção agrícola mundial é perdida por ano devido ao ataque de insetos. Em situações extremas, a queda na produção pode chegar a 70%, como no caso da plantação de batata quando atacada pelo besouro Colorado. Além disso, plantas atacadas por insetos são mais suscetíveis à infecção por fungos, uma vez que fungos patogênicos frequentemente invadem plantas carregadas pelos insetos ou em lesões provocadas pelos insetos. A vantagem dos inseticidas biológicos é que atuam em concentrações muito mais baixas que os inseticidas químicos, e como geralmente são específicos, não apresentam perigo para os prováveis consumidores dos vegetais.
Resistência a vírus: vírus que atacam plantas representam um grande problema para a agricultura, pois a infecção pode resultar em redução na taxa de crescimento, na produção e qualidade da colheita. Para amenizar os problemas, os agricultores têm aplicado, por mais de 30 anos, uma estratégia que cria nas plantas um razoável nível de tolerância ao vírus. Essa estratégia se baseia na observação de que a inoculação das plantações com linhagens de vírus, que não são muito prejudiciais, pode induzir a resistência a linhagens mais virulentas. Embora esse mecanismo não seja completamente conhecido, pois plantas não possuem sistema imunológico, sabe-se que uma proteína especifica do vírus inoculado suprime ou retarda os sintomas causados por uma segunda infecção viral.
Resistência a herbicidas: a presença de ervas daninhas na lavoura pode significar mais de 10% de perda na colheita, pois elas competem com as plantas pelos nutrientes do solo. A agricultura moderna tenta controlar o crescimento de ervas daninhas e minimizar as perdas na produção com o uso de substancias químicas chamas de herbicidas. Plantações orgânicas não fazem uso de herbicidas, mas os agricultores atingem uma pequena porção do mercado alimentício e evitam plantas/espécies que são particularmente sensíveis à competição com ervas daninhas, como é o caso da beterraba.
Aumento do valor nutritivo da planta: as plantas que crescem a partir de sementes comestíveis, como cereais e leguminosas, estocam proteínas em suas sementes para nutrir o embrião da planta durante e logo após a germinação. Portanto, os cereais constituem a maior fonte de proteínas para os indivíduos. Entretanto, as proteínas armazenadas nas sementes possuem um número limitado de aminoácidos, assim, o valor nutritivo de alguns cereais é limitado. As proteínas estocadas nas sementes são sintetizadas por uma variedade pequena de genes, presentes no genoma em múltiplas copias e que se expressam no endosperma. Assim, introduzindo-se na planta um gene modificado, junto a uma sequência promotora que garanta sua expressão no tecido correto, é possível melhorar o valor nutritivo das sementes.
3.2. Fitorremediação
A fitorremediação emergiu no começo dos anos 90 e consiste em usar plantas para retirar poluentes do solo. Plantas podem ajudar a limpar uma série de poluentes, incluindo metais. Elas também evitam que vento, chuva e água dos lençóis subterrâneos transportem o agente poluidor de um local para outro. Uma vez no interior da planta,o poluente pode ser estocado nas raízes, caule e folhas, ser transformado em um produto menos tóxico ou, ainda mudar para a condição gasosa e ser liberado na atmosfera pelo processo de respiração. Comparada com outras abordagens de despoluição, o método de fitorremediação obtém vantagem de um processo natural da planta, requer menos equipamentos e menos trabalho.
Alguns microrganismos do solo são capazes de retirar poluentes por degradação de petroquímicos e imobilização de metais pesados. Entretanto, a atividade antimicróbica é limitada. Assim deu-se início a engenharia genética. As bactérias já exercem a função de desintoxicação e elas poderiam ser alteradas geneticamente a fim de torna-las mais efetivas no desempenho dessa função. Mas, espalhar microrganismos geneticamente modificados no ambiente é um problema potencial, que seria dificilmente aceito por ambientalistas. Mas, por que não isolar os genes das bactérias relevantes e transferi-los para as plantas? Afinal, as plantas não se movem e tem um crescimento rápido.
3.3.Vacinas comestíveis
Embora as vacinas sejam um enorme sucesso no controle de erradicação de várias doenças, seu uso ainda apresenta muitas limitações em países do Terceiro Mundo. Vacinas normalmente requerem refrigeração e devem ser injetas com seringa estéril. Isso encarece e dificulta muito as campanhas de vacinação, especialmente em países que possuem menos recursos.
A biotecnologia foi incorporada na produção de vacinas, pela primeira vez, quando se passou a produzir a vacina contra a hepatite B em células de levedura. Em 1992, pesquisadores iniciaram o desenvolvimento de vacinas em plantas transgênicas, explorando a possibilidade de se administrar vacinas pelo consumo de plantas comestíveis. Além da hepatite B, outras vacinas vêm sendo desenvolvidas em plantas. Uma dela é contra a bactéria Escherichia coli 0157:H7. Outros estudos estão estudando a probabilidade de desenvolver vacinas em plantas para aves, suínos e outros animais. Isso diminuiria a quantidade de antibióticos que é administrada em animais destinados a consumo humanos.
Atualmente não existem dúvidas de que vacinas podem ser produzidas em plantas comestíveis e o potencial desse projeto é imenso para a humanidade. Entretanto, a indústria farmacêutica não tem mostrado interesse nesse conceito, provavelmente porque beneficiaria em especial, populações de países pobres, não compactuando com suas finalidades financeiras.
Exercícios
1. A respeito dos transgênicos, são feitas as afirmações abaixo.
A) São sempre indivíduos incapazes de se reproduzir.
B) Aumentam a produtividade dos alimentos.
C) São organismos tanto vegetais quanto animais, produzidos pela engenharia genética, que não contêm genes de outras espécies.
D) São vegetais produzidos por radiação que os tornam resistentes.
2. O que são organismos transgênicos?
3. Qual a diferença entre transgênicos e organismos geneticamente modificados?
Gabarito
1. Letra B
2. Organismos transgênicos são organismos, que por meio da engenharia genética, receberam o gene de outra espécie em seu DNA.
3. Organismos geneticamente modificados, são organismos que, foram modificados através da engenharia genética, mas não receberam o gene de outra espécie, enquanto que, os transgênicos também foram modificados pela engenharia genética, mas receberam o gene de uma espécie diferente.
Referências Bibliográficas
FARAH, S.B. DNA: Segredos e Mistérios. Editora Savier. 2ª Ed, 2007.
GRIFFITHS, Anthony J. F. Introdução à genética. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 9ªed, 2008.
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