O documento discute a engenharia genética e a terapia genética. A engenharia genética envolve a manipulação direta do DNA para combinar genes de diferentes organismos. A terapia genética usa vetores virais ou não virais para introduzir genes normais em células para tratar doenças genéticas, e pode ser realizada ex vivo ou in vivo. Existem desafios como direcionar os vetores às células alvo e controlar a expressão gênica.

1.
Trabalho de pesquisa
ENGENHARIA
GENÉTICA
Tiago
Faísca
Biologia
3ºAno
do
Curso
Técnico
de
Processamento
e
Controlo
de
Qualidade
Alimentar

2. Introdução
Desde o século XVII que o conhecimento e a técnica têm vindo a desenvolver
de um modo que a biologia, sobretudo a genética através da engenharia e da
articulação com outros sectores tecno científicos, trazem a partir dessas
mudanças, questões inéditas para a humanidade.
O primeiro trabalho sobre a estrutura da molécula DNA, foi publicado na revista
Nature em 1953. Os pioneiros da biologia molecular foram Watson e Crick que
constituem um marco no desenvolvimento científico, pois propuseram o modelo
de dupla hélice para o DNA e sugeriram uma possível forma de esta molécula
se replicar.
Em meados dos anos de 1972, Paul Berg e os seus colegas David Jackson e
Robert Simons, da universidade de Stanford, Estados Unidos, conseguiram
pela primeira vez criar uma molécula de DNA híbrida, isto é, produziram uma
molécula única contendo DNA de diferentes organismos. Esta combinação foi
designada como a criação da engenharia genética.
A partir dai, a engenharia genética tem sido uma das ciências que mais se
desenvolveu ao longo dos anos, e atualmente vem recebendo grande
importância devido aos seus sucessos e às suas muitas descobertas. De um
modo geral, segundo Aragão, a engenharia genética envolve, entre outras
coisas, a criação de inúmeras combinações entre genes de organismos
diferentes, através da manipulação dos genes.
Nas últimas décadas os eventos tecno-científicos têm alcançado tal dinamismo
que proezas artificiais contemporâneas nos permitem comer alimentos
produzidos pela modificação, no laboratório, de genes de diferentes espécies
ou de espécies melhoradas como por exemplo, tomates com cheiro de limão
ou tomates que não amassam, de cereais diversos num só, de medicamentos
personalizados que prometem descartar a possibilidade de doenças
hereditárias, entre outros.
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3. Engenharia Genética e a Saúde
A engenharia genética é a modificação dos seres vivos pela manipulação direta
do ADN, através da inserção ou deleção de fragmentos específicos. A sua
aplicação pode ser na produção de vacinas, proteínas por microorganismos,
alimentos, transplantes, terapia genética, animais transgênicos.
Terapia Génica
Terapia génica ou geneterapia é o tratamento, ou a sua tentativa, de doenças
genéticas ou não-genéticas por meio da introdução, em células específicas do
organismo, de uma cópia normal de um gene mutado ou em falta, ou por
modulação da expressão genica.
Uma doença poderá ser objecto de terapia génica quando se verificam os
seguintes critérios:
• Perigo de vida na ausência de terapia génica e inexistência de recursos
terapêuticos alternativos
• Relação favorável na ponderação do risco/benefício para o indivíduo e
para a espécie
• Clonagem e sequenciação prévia do gene em causa e dos seus
elementos reguladores
• Conhecimento da patologia molecular da doença
• Ausência de precisão da dosagem génica
• Existência de soluções técnicas para introduzir o gene nas células ou
para modular a expressão do alelo mutado
• Identificação das células alvo e da proporção de células a tratar para
obter efeito terapêutico
• Existência de experimentação prévia em modelos animais que
demonstre a segurança do método,
Os retrovírus são outro grupo de importância bastante acentuada em estudos
de terapia génica. A sua propriedade de integração ao genoma hospedeiro
acentua a possibilidade de garantir uma expressão estável do transgene. As
vantagens da utilização de retrovírus são a elevada eficiência (podendo ser
traduzidas 100% das células), a ausência de toxicidade, a tradução simultânea
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4. de tantas células quanto as desejadas, a possibilidade de inserção no genoma
humano de células hospedeiras de apenas uma cópia do DNA traduzido, a
inserção do DNA no genoma e estabilidade do efeito terapêutico prolongada
com risco quase nulo para as células.
Contudo, há desvantagens associadas ao retrovírus tais como a necessidade
das células estarem em divisão para se incorporarem no núcleo, a inactivação
rápida devido ao complemento de soro, o comprimento do gene a inserir não
pode ultrapassar as 8Kb, a instabilidade podendo a purificação reduzir a
eficácia da tradução, a inserção ao acaso pode provocar mutagénese
insercional, a dificuldade de regular com precisão a dose génica, a
possibilidade de expressão transitória, a possibilidade de incorporação do
retrovírus em células germinativas sem previsão ou tratamento das
consequências para as gerações futuras.
Os vírus adeno-associados são uma categoria de vectores que compreende
uma pequena família dos parvovírus, que necessitam da colaboração de um
outro vírus para infectar a célula, geralmente um adenovírus. Possuem
algumas vantagens em relação aos demais sistemas virais, como integração
específica no local, alta definição tecidual e ausência de efeitos patogénicos.
No entanto, a limitação do tamanho do transgene carregado, a necessidade de
vírus auxiliares para a produção destes vectores e, em certos casos, a perda
da capacidade de integração localmente dirigida têm limitado a utilização
destes vectores.
Por último, devemos destacar a importância dos vectores baseados em
herpesvírus, que estão a ganhar um notável destaque pelo seu tropismo
bastante elevado nas células nervosas. Assim, acredita-se que a utilização
destes vírus para procedimentos de transferência génica em células do sistema
nervoso seja uma alternativa bastante viável futuramente.
Fig.
1
–
Esquema
do
procedimento
de
terapia
genética
utilizando
vectores
virais.
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5. Vectores
O gene de interesse é transportado por um vector e está contido numa
molécula de ADN ou RNA que carrega ainda outros elementos genéticos
importantes para sua manutenção e expressão. As formas de transferência
deste vector são muito variadas. Em primeiro lugar, é importante definir se é
mais apropriado introduzir o gene diretamente no organismo (in vivo) ou se,
alternativamente, células serão retiradas do indivíduo, modificadas e depois
reintroduzidas (ex vivo). Conforme detalhado a seguir, algumas das formas de
transferência utilizam vírus, dos quais os principais são os retrovírus, os
adenovírus e os vírus adeno-associados. Outras formas de transferência
incluem a injecção directa do gene no organismo, bem como métodos
utilizando princípios físicos (biolística, eletroporação) ou químicos (lipofecção).
A avaliação do sucesso do procedimento envolve a análise da manutenção de
expressão do gene nas células transformadas e a correcção da doença.
Um vector ideal teria algumas características altamente desejáveis, entre as
quais podemos destacar as seguintes: fácil manipulação, produção e
purificação; flexibilidade quanto ao tamanho do gene inserido; alta eficiência de
transferência génica; e baixa toxicidade. A escolha deste depende
essencialmente da doença, do gene terapêutico, a via de administração e a
duração desejada da expressão génica.
Vectores Virais
De todos os sistemas de transferência génica, os virais são os actualmente
mais utilizados nos estudos para desenvolvimento de protocolos de terapia
génica, devido principalmente à alta eficiência de tradução obtida com estes
vectores.
Os adenovírus são vírus responsáveis pelas infecções benignas do tracto
respiratório, mais concretamente de rinofaringites. São capazes de penetrar
tanto em células em proliferação, como em células em não proliferação, não
inserindo o seu material genético no genoma da célula hóspede, mantendo a
sua actividade durante 10 meses. São bastante utilizados principalmente
devido à pouca patogenicidade e ao tropismo amplo por células humanas. No
entanto, a grande imunogenicidade e a expressão génica temporária
relacionadas a estes vectores limitam suas aplicações. Atualmente, os
adenovírus têm uma aplicação importante na transferência de genes suicidas a
tumores.
Vectores não virais
Os plasmídeos são moléculas de ADN circulares, extragenómicos, de
replicação autónoma e independente do cromossoma bacteriano. Estes
apresentam vantagem adaptativa às bactérias, como o poder de infecção no
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6. caso de patogenias, além da resistência a antibióticos e a possibilidade de
defesa contra bactérias. São elementos extremamente importantes para a
biotecnologia, uma vez que possuem genes que controlam a capacidade da
própria transferência de uma célula bacteriana para outra. As suas vantagens
são fácil manipulação e potencial para produção de grandes quantidades; não
é patogénico nem imunogénico; não necessita de vector para infecção; pode
programar expressão génica a longo prazo em células pós-mitóticas in vivo.
Tipos de terapia génica
Terapia génica somática
• Este tipo de terapia génica é feito em células somáticas do indivíduo
doente, submetidas a tradução com o gene normal. É utilizada para não
relacionados com a produção de gâmetas. Pode ser comparada ao
processo de transplante de um órgão, pois pode curar o indivíduo,
porém o mecanismo somático responsável por essa cura não é
transmitido aos descendentes. A sua característica básica é a de
provocar uma alteração no ADN do portador da patologia, através da
utilização de um vector. Os problemas operacionais associados a esta
técnica são: o tempo de vida da célula hospedeira; a baixa expressão do
gene; o controlo da expressão génica; a dificuldade de atingir o tecido-
alvo e o seu potencial oncogênico.
Terapia génica germinativa
• Baseia-se na alteração de células reprodutivas (óvulos,
espermatozóides ou células precursoras). Além das questões éticas,
esta terapia apresenta inúmeros problemas operacionais: alta taxa de
mortalidade; desenvolvimento de tumores e malformações; alteração de
embriões potencialmente normais e a irreversibilidade das acções.
Ex vivo
• A técnica ex vivo é viável quando o erro está presente nas células do
sangue ou quando o erro é sistémico e pode ser corrigido por
transfecção ou tradução de células sem especificidade do tecido. As
células são recolhidas do doente, são tratadas in vitro e, posteriormente,
reintroduzidas no organismo. A maior parte da terapia génica é realizada
por esta técnica. Retiram-se as células do organismo, faz-se cultura das
mesmas, usam-se vectores para nelas inserir o gene previamente
isolado e, por infusão, essas células são reincorporadas no organismo.
As células da medula são as mais usadas em terapia ex vivo, embora
existam testes em outros tipos de células. A grande vantagem desta
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7. técnica é a selecção das células para as quais a manipulação vai ser
efectuada, permitindo também que estas sejam testadas logo após a
seu interior codificam.
In vivo
• Na técnica in vivo, a terapia génica é executada no indivíduo, sem
definição de um território específico, por injecção na corrente sanguínea
dos vectores recombinantes. O gene modificado é levado directamente
ao organismo do paciente, também usando vectores, porém sem a
retirada de células e sua subsequente reintrodução no paciente. Esta
técnica é mais fácil de implementar e não necessita de tanto apoio
tecnológico como a técnica ex vivo. Contudo, a técnica in vivo depara
com algumas dificuldades, tais como a acção do sistema imunológico e
a não selectividade dos vectores para as células alvo.
Objecções à terapia génica
Para esta ser considerada um recurso na prática clínica, são necessárias
aquisições aparentemente inatingíveis, como as que permitam aos vectores
uma direccionalidade segura em termos de células alvo quando esta for
necessária, uma adequação na inserção no locus homólogo em contraposição
à inserção ao acaso no genoma, uma dosagem genica adequada, um efeito de
cura que se prolongue a vida do indivíduo, custos reduzidos, efeitos colaterais
reduzidos e uma relação risco/benefício atractiva.
Testes genéticos
As nossas células possuem um conjunto de genes, em que estes controlam o
nosso crescimento e o modo como o corpo funciona, são ainda responsáveis
por muitas das nossas características, tais como a cor dos olhos, grupo de
sangue ou a altura, entre outros. Os genes estão contidos em cromossomas,
no qual possuímos 46 cromossomas herdados pelos pais, 23 pares da mãe e
23 do pai, em cada uma da maioria das nossas células.
Por vezes, ocorre uma alteração, ou seja uma mutação, na cópia de um gene
ou cromossoma, que o impede de funcionar devidamente. Esta mudança pode
provocar uma doença genética, pois o gene deixa de comunicar as instruções
correctas ao organismo. Alguns exemplos de doenças genéticas incluem a
síndrome de Down, a paramiloidose, a fibrose cística e a distrofia muscular de
Duchenne.
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8. Para que se identifique as alterações nos cromossomas, genes ou proteínas
deve se recorrer a testes genéticos, estas alterações na maioria das vezes são
hereditárias. Os resultados deste tipo de teste pode confirmar ou descartar uma
suspeita condição genética ou ajudar a determinar a possibilidade de uma
pessoa desenvolver ou transmitir uma doença genética. Na fig. 2 está
demonstrado um esquema do procedimento dos testes genéticos.
Vantagens e desvantagens da utilização de Organismos Geneticamente
Modificados
Vantagens:
• O alimento pode ser enriquecido com um componente nutricional
essencial, como por exemplo, o arroz geneticamente modificado que
produz vitamina A.
• Um microorganismo geneticamente modificado produz enzimas usadas
na fabricação de queijos e pães, reduzindo o seu preço
Desvantagens:
• Apenas em poucos laboratórios tem os dispendiosos equipamentos,
reagentes e pesquisadpres capazes de obter organismos transgênicos
com toda a segurança requerida pela Lei de Biosegurança.
• Após a obtenção do organismo transgénico, segue-se a fase mais longa
e dispendiosa, de cinco ou mais anos, e milhões de euros para
selecionar e desenvolver o produto. Somente algumas empresas tem a
capacidade para aguentar com os custos necessários para lançar novos
organismos transgénicos.
Fig.2
–
Esquema
de
procedimento
de
teste
genético
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9. Vantagens e desvantagens da utilização da engenharia
genética na agricultura
• Engenheiros genéticos afirmas que a tecnologia de manipulação
genética é segura. Dizem alguns que é necessária a fim de manter a
produção de alimentos para suprir o crescimento das populações.
• Entretanto, outros discutem que o maior problema é a distribuição e não
a produção, pois a fome de parte da população é o resultado da
distribuição desigual de alimento e riqueza. Portanto, não haveria
necessidade de produção de alimentos geneticamente modificados.
• Outros ainda afirmas que as modificações genéticas podem ter
consequências inesperadas, podendo danificar tanto nos organismos
modificados como no seu ambiente.
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10. Conclusão
Para algumas pessoas, esta é a oportunidade para uma vida melhor e mais
saudável, mas existem outras que temem que apenas se esteja a tentar criar
um ser humano perfeito no caso da clonagem. A engenharia genética pode ser
usada para melhorar a vida das pessoas, mas também poderia ser usada para
prejudicar a vida das pessoas.
No entanto, a engenharia genética aplicada à saúde como se pode concluir,
após a realização deste trabalho é que se no futuro a pesquisa sobre
processos de manipulação do DNA humano for realizada com mais precisão e
eficácia, os cientistas serão capazes de criar curas para doenças que não são
curáveis hoje, como os defeitos de nascimento poderem ser quase totalmente
eliminados se os médicos foram capazes de mudar os genes da criança antes
do nascimento. O processo também pode ser adaptado para curar doenças
hereditárias e impedi-los de passar às gerações futuras. Também poderia
permitir que pessoas com história familiar de doenças, como cancro, para
modificar a sua predisposição genética à doença.
Com o passar do tempo e com descobertas sempre a surgirem, as pessoas
poderão manter os seus estilos de vidas sem a ameaça de por exemplo a SIDA
ou cancro e não teriam que viver com medo de contrair um vírus mortal ou
doença hereditária. Hoje em dia, é usada na luta contra problemas como a
fibrose cística, diabetes, entre outros.
Embora possam ter um efeito positivo, os novos organismos criados por
engenharia genética podem representar um problema ecológico. As mudanças
que a espécie geneticamente faria no ambiente de uma região são
imprevisíveis. Assim como uma espécie exótica, o lançamento de uma nova
espécie geneticamente modificados também teria a possibilidade de causar um
desequilíbrio na ecologia de uma região.
A engenharia genética também pode criar efeitos secundários desconhecidos,
pois alterações numa planta ou animal podem causar reações alérgicas em
algumas pessoas que na sua forma original não ocorreriam.
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11. Webgrafia
• http://www.eurogentest.org/patient /leaflet/portuguese/what_is_a_genetic_tes t.xhtml –
14 de Dezembro de 2010.
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_gen%C3%A9tica
• http://ambientes.ambientebrasil.com.br/biotecnologia/artigos_de_biotecn
ologia/engenharia_genetica_(a_ciencia_da_vida).html
• http://www.infoescola.com/biologia/engenharia-genetica/
• http://www.infopedia.pt/$engenharia-­‐genetica
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