Engenharia genética
Manipulação genética e modificação genética são termos para o processo de manipulação dos genes num organismo, geralmente fora do processo normal reprodutivo deste. Envolvem frequentemente o isolamento, a manipulação e a introdução do DNA num ser vivo, geralmente para expressar um gene. O objetivo é introduzir novas características num ser vivo para aumentar a sua utilidade, tal como aumentando a área de uma espécie de cultivo, introduzindo uma nova característica, ou produzindo uma nova proteína ou enzima.
A engenharia genética altera a composição genética de um organismo utilizando técnicas que removem material hereditário ou que introduzem DNA preparado fora do organismo ou diretamente no hospedeiro ou numa célula que é então fundida com o hospedeiro. Isto envolve o uso de técnicas de ácido nucleico recombinante (DNA ou RNA) para formar novas combinações de material genético hereditário seguido pela incorporação desse material quer indiretamente através de um sistema de vector ou diretamente através de técnicas de microjecção, macroinjecção e microencapsulação. A engenharia genética não inclui normalmente a criação animal e vegetal tradicional, a fertilização in vitro, a indução de poliploidia, mutagénese e técnicas de fusão celular que não utilizam ácidos nucleicos recombinantes ou um organismo geneticamente modificado no processo. Contudo, a Comissão Europeia definiu igualmente a engenharia genética como incluindo a criação seletiva e outros meios de seleção artificial . A clonagem e a pesquisa com células-tronco, embora não sejam consideradas engenharia genética, estão intimamente relacionadas e a engenharia genética pode ser usada dentro delas. A biologia sintética é uma disciplina emergente que leva a engenharia genética um passo adiante, introduzindo material artificialmente sintetizado a partir de matérias-primas em um organismo.
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A modificação genética causada pela atividade humana tem ocorrido desde aproximadamente 12.000 a.C., quando os seres humanos começaram a domesticar organismos. A engenharia genética como transferência direta de DNA de um organismo para outro foi realizada pela primeira vez por Herbert Boyer e Stanley Cohen em 1972. O primeiro animal geneticamente modificado foi um rato criado em 1974 por Rudolf Jaenisch. Em 1983, um gene resistente aos antibióticos foi inserido no tabaco, levando à primeira planta geneticamente modificada. Avanços seguido que permitiu aos cientistas manipular e adicionar genes para uma variedade de organismo diferente e induzir uma variedade de efeitos diferentes. Em 1976, a tecnologia foi comercializada, com o advento de bactérias geneticamente modificadas que produzem somatostatina, seguido de insulina em 1978. As plantas foram primeiro comercializadas com tabaco resistente a vírus libertado na China em 1992. A primeira alimentos geneticamente modificado foi o tomate Flavr Savr comercializado em 1994. Em 2010, 29 países haviam plantado culturas biotecnológicas comercializadas. Em 2000, um artigo publicado na Science introduziu arroz dourado, o primeiro alimento desenvolvido com maior valor nutritivo.
Agricultura
A engenharia genética é a manipulação direta do genoma de um organismo usando certas técnicas biotecnológicas que só existiram desde a década de 1970. A manipulação genética dirigida pelo homem estava ocorrendo muito mais cedo, começando com a domesticação de plantas e animais através da seleção artificial. Acredita-se que o cão seja o primeiro animal domesticado, possivelmente proveniente de um antepassado comum do lobo cinzento, com evidências arqueológicas que datam de cerca de 12 000 a.C.. Outros carnívoros domesticados em tempos pré-históricos incluem o gato, que coabitou com humano há 9 500 anos. Evidências arqueológicas sugerem ovelhas, bovinos, suínos e cabras foram domesticados entre 9 000 a.C. e 8 000 a.C. no Crescente Fértil.
Genética
Várias descobertas genéticas têm sido essenciais no desenvolvimento da engenharia genética. A herança genética foi descoberta pela primeira vez pelo sacerdote Gregor Mendel em 1865, após experimentos cruzando ervilhas. Embora largamente ignorado por 34 anos, ele forneceu a primeira evidência de segregação hereditária e sortimento independente. Em 1889 Hugo de Vries veio com o nome de "pan" gene "depois de postular que as partículas são responsáveis pela herança de características do termo "genética" foi cunhado por William Bateson em 1905. Em 1928 Frederick Griffith provou a existência de um "princípio transformador" envolvido na herança, que Avery, MacLeod e McCarty mais tarde (1944) identificaram como DNA Edward Lawrie Tatum e George Wells Beadle desenvolveram o dogma central que genes para proteínas em 1941. A dupla hélice Estrutura de DNA foi identificada por James Watson e Francis Crick em 1953.
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Em 1972, Paul Berg utilizou enzimas de restrição e ligases de DNA para criar as primeiras moléculas de DNA recombinante. Ele combinou DNA do vírus do macaco SV40 com o do vírus lambda. Herbert Boyer e Stanley Norman Cohen levaram o trabalho de Berg um passo adiante e introduziram DNA recombinante em uma célula bacteriana. Cohen estava pesquisando plasmídeos, enquanto o trabalho de Boyers envolveu enzimas de restrição. Eles reconheceram a natureza complementar de seu trabalho e se uniram em 1972. Juntos eles encontraram uma enzima de restrição que cortou o plasmídeo pSC101 em um único ponto e foram capazes de inserir e ligar um gene que conferiu resistência ao antibiótico kanamicina no intervalo. Cohen tinha previamente concebido um método onde as bactérias poderiam ser induzidas a pegar um plasmídeo e usando isso eles foram capazes de criar uma bactéria que sobreviveu na presença da canamicina. Isto representou o primeiro organismo geneticamente modificado. Eles repetiram experiências mostrando que outros genes poderiam ser expressos em bactérias, incluindo um do sapo Xenopus laevis, a primeira transformação do reino cruz.
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O desenvolvimento da tecnologia de engenharia genética levou a preocupações na comunidade científica sobre os riscos potenciais. O desenvolvimento de um quadro regulamentar relativo à engenharia genética começou em 1975, em Asilomar, Califórnia. A reunião de Asilomar recomendou um conjunto de orientações sobre o uso cauteloso de tecnologia recombinante e quaisquer produtos resultantes dessa tecnologia. As recomendações Asilomar foram voluntárias, mas em 1976 o Instituto Nacional de Saúde dos EUA (NIH) formou um comité consultivo de DNA recombinante. Isto foi seguido por outros órgãos reguladores (o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, a Agência de Proteção Ambiental (EPA) e a Administração de Alimentos e Medicamentos (FDA), fazendo com que todas as pesquisas de DNA recombinante sejam rigorosamente regulamentadas nos EUA. Em 1982, a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) divulgou um relatório sobre os perigos potenciais da liberação de organismos geneticamente modificados para o meio ambiente à medida que as primeiras plantas transgênicas estavam sendo desenvolvidas. À medida que a tecnologia melhorou e os organismos geneticamente mudaram de organismos-modelo para produtos comerciais em potencial, os EUA estabeleceram um comitê no Escritório de Ciência e Tecnologia (OSTP) para desenvolver mecanismos para regulamentar a tecnologia em desenvolvimento. Em 1986, o OSTP atribuiu a aprovação regulamentar de plantas geneticamente modificadas nos EUA para o USDA, FDA e EPA. No final dos anos 80 e início dos anos 90, orientações sobre a avaliação da segurança de plantas e alimentos geneticamente modificados emergiram de organizações como a FAO e a OMS.
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A capacidade de inserir, alterar ou remover genes em organismos modelo permitiu aos cientistas estudar os elementos genéticos de doenças humanas. Os ratos gersso modificados foram criados em 1984 que carregaram oncogenes clonados que os predispôs a desenvolver o câncer. A tecnologia também tem sido usada para gerar ratos com genes nocauteados. O primeiro mouse knockout gravado foi criado por Mario R. Capecchi, Martin Evans e Oliver Smithies em 1989. Em 1992 oncomice com tumor supressor genes nocauteados foram gerados. Criando ratos Knockout é muito mais difícil e só se tornou possível em 2003. Após a descoberta de microRNA em 1993, a interferência de RNA (RNAi) tem sido usada para silenciar os genes de um organismo. Modificando um organismo para expressar microRNA direcionado para seus genes endógenos, os pesquisadores foram capazes de knockout ou parcialmente reduzir a função do gene em uma variedade de espécies. A capacidade de reduzir parcialmente a função do gene permitiu o estudo de genes que são letais quando completamente nocauteado. Outras vantagens do uso de RNAi incluem a disponibilidade de knockout induzível e de tecido específico. Em 2007, os microRNA direcionados aos genes de insetos e nematóides foram expressos em plantas, levando à supressão quando se alimentaram da planta transgênica, potencialmente criando uma nova maneira de controlar pragas. Segmentar a expressão endógena de microARN permitiu uma afinação mais fina da expressão genética, complementando a abordagem de knockout genética mais tradicional.
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Como em todas as outras plantas foram suscetíveis a infecção por A. tumefaciens outros métodos foram desenvolvidos, incluindo electroporação, micro-injeção e bombardeamento de partículas com uma arma de gene (inventado em 1987). Na década de 1980 as técnicas foram desenvolvidas para introduzir cloroplastos isolados de volta para uma célula de planta que tinha sua parede celular removida. Com a introdução do gene gun em 1987, tornou-se possível a integração de genes estranhos em um cloroplasto. A transformação genética tornou-se muito eficiente em algum organismo modelo. Em 2008 sementes geneticamente modificadas foram produzidas em Arabidopsis thaliana simplesmente mergulhando as flores em uma solução de Agrobacterium. A variedade de plantas que foram desenvolvidas foi desenvolvida para diferentes espécies. O primeiro gado transgênico foi produzido em 1985, por micro-injetar DNA estranho em ovos de coelhos, ovelhas e porcos. O primeiro animal a sintetizar proteínas transgênicas em seu leite foram camundongos, projetados para produzir ativador de plasminogênio tecidual humano. Esta tecnologia foi aplicada a ovinos, suínos, vacas e outros animais.
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Em 1976 Genentech, a primeira empresa de engenharia genética foi fundada por Herbert Boyer e Robert Swanson e um ano mais tarde ea empresa produziu uma proteína humana (somatostatina) em E. coli. A Genentech anunciou a produção de insulina humana geneticamente modificada em 1978. Em 1980, o Supremo Tribunal dos Estados Unidos no caso Diamond v. Chakrabarty decidiu que a vida geneticamente alterada poderia ser patenteada. A insulina produzida pelas bactérias, denominada humulina, foi aprovada para ser liberada pela Food and Drug Administration em 1982. Em 1983, uma empresa de biotecnologia, Advanced Genetic Sciences (AGS) solicitou autorização do governo dos EUA para realizar testes de campo com a cepa de gelo de P. syringae para proteger as colheitas da geada, mas grupos ambientais e manifestantes atrasaram os testes de campo por quatro anos. Legais. Em 1987, a linhagem de gelo de P. syringae tornou-se o primeiro organismo geneticamente modificado (OGM) a ser liberado para o ambiente quando um campo de morangueiro e um campo de batata na Califórnia foram pulverizados com ele. Ambos os campos de teste foram atacados por grupos ativistas na noite anterior aos testes: "O primeiro local de testes do mundo atraiu o primeiro trasher de campo do mundo".
Iniciou-se então a era da manipulação de mensagens genéticas expressas em fragmentos de sequências que compõem o código hereditário e os nucleotídeos. A partir deste momento a engenharia genética passou a cortar ou modificar as moléculas de DNA, utilizando enzimas específicas. As ligases, enzimas que agem para unir a cadeia fragmentada começaram a ser descobertas e sintetizadas para manipulação genética.
A introdução de fragmentos de DNA contendo genes de interesse numa célula, só culminará na reprodução da mensagem genética de tal gene, se este estiver contido num vetor de clonagem apropriado. Tais vetores contém sequências de regulação importantes para que a maquinaria celular possa "ler" e "ler corretamente" a informação contida no gene. Os vetores que são responsáveis por este processo, podem ser plasmídios, vírus e outros, também manipulados geneticamente. Como os plasmídios são sequências circulares de DNA, que se reproduzem de forma autónoma e são elementos genéticos extracromossómicos, tornaram-se portanto, ideais para a transmissão de informação genética.
