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Biotecnologia

Introdução à biotecnologia
O termo biotecnologia faz referência tanto à utilização industrial de organismos vivos para produzir alimentos, medicamentos e outros produtos, quanto à manipulação laboratorial de organismos ou partes destes para futura aplicação na indústria, medicina ou produção do conhecimento. Entre as diversas técnicas utilizadas para isso, as que mais têm se desenvolvido estão relacionadas à engenharia genética ou bioengenharia, que permitem manipular a constituição genética dos organismos vivos.
A biotecnologia tradicional
A manipulação dos seres vivos com fins produtivos iniciou-se no Neolítico, há cerca de 10.000 anos, quando o homem abandonou a sua vida de caçador-coletor e começou a cultivar plantas e a criar animais para a obtenção de alimento. A reprodução e a criação seletivas podem ser consideradas como a primeira técnica biotecnológica, já que tinham a finalidade de gerar uma população de organismos com características genéticas determinadas. Todas as plantas e animais domésticos que, na atualidade, são utilizados para fins alimentares foram criados artificialmente ao longo de milênios por meio de cruzamentos seletivos a partir de variedades silvestres.
Posteriormente, a transformação dos produtos de origem animal e vegetal deu lugar à manipulação de micro-organismos.
A biotecnologia moderna
Durante as décadas de 1930 e 1940, foram desenvolvidas técnicas de cultivo de determinadas espécies de fungos e de bactérias em grandes quantidades para extrair delas substâncias antibióticas.
Na década de 1970, a biotecnologia sofreu um grande avanço graças ao desenvolvimento de técnicas que permitiam a manipulação direta do material genético dos micro-organismos, das plantas e dos animais (incluídos os seres humanos). Os primeiros a consegui-lo foram os bioquímicos estadunidenses Stanley Cohen (1922) e Herbert Boyer (1936), que em 1973 demonstraram que podiam manipular o DNA e produzir novas combinações de genes funcionais não presentes na natureza. Esta descoberta foi a origem, em 1980, da produção mediante manipulação biológica de uma substância – conhecida como insulina humana – de grande importância para a medicina. Posteriormente, a engenharia genética possibilitou o diagnóstico e o tratamento de anomalias de tipo genético, causando um grande impacto na área do diagnóstico médico e da oncologia, e contribuiu para o desenvolvimento da técnica da fertilização in vitro, que obteve muito sucesso em 1978 com o nascimento do primeiro bebê de proveta.
Técnicas de biotecnologia
A biotecnologia permite identificar um gene ou uma sequência determinada de DNA, separá-lo do resto do material genético de um organismo doador, isolá-lo, modificá-lo se for preciso, fazer cópias múltiplas e inseri-lo no genoma de um organismo hospedeiro, embora este não pertença à mesma família genética. Cada um destes passos é realizado por meio de uma técnica biotecnológica específica
Biologia molecular e biotecnologia. O grande desenvolvimento que se deu a partir da década de 1950 vem revolucionando a ciência médica, mas os seus avanços também têm aplicações em muitas outras áreas e disciplinas científicas.

Separação de genes usando enzimas de restrição
As enzimas de restrição, ou endonucleases de restrição, das quais atualmente são conhecidas cerca de 80, são enzimas que quebram a molécula do DNA. Foram descobertas no fim da década de 1960 e converteram-se rapidamente na peça fundamental da engenharia genética.
As enzimas de restrição reconhecem diferentes sequências nucleotídicas, os diferentes palíndromos, de forma que, para quebrar uma cadeia de DNA, é necessário empregar a enzima adequada.
O primeiro passo para separar e isolar o gene-alvo é a divisão das sequências de moléculas de DNA do doador em pequenos fragmentos mediante enzimas de restrição. O resultado é uma mistura de fragmentos de DNA de diferentes tamanhos. Posteriormente, isola-se o fragmento que contém o gene-alvo.
O isolamento de um gene mediante a técnica do southern blotting
A mistura de fragmentos de DNA do doador é amalgamada com um gel que se aplica em um campo elétrico. Como os fragmentos de DNA têm carga negativa, deslocam-se para o polo positivo, separados por tamanhos, já que os fragmentos menores e mais leves avançam mais rápido do que os de maior tamanho.
Posteriormente, cada fragmento de DNA é submetido a uma temperatura elevada para que se separem as cadeias de nucleotídios que o compõem, e logo a seguir transfere-se para uma folha de náilon ou de nitrocelulose. Para identificar um gene específico é utilizada uma sonda gênica, isto é, um fragmento de DNA constituído por uma única cadeia que tem uma sequência de bases nitrogenadas complementares às do gene e que, portanto, unir-se-á a ele. Para poder observar qual é o fragmento de DNA que contém o gene-alvo, a sonda estará marcada com um isótopo radioativo. Ao entrar em contato com uma película fotográfica, a radioatividade da sonda deixa uma marca escura no lugar que corresponde à posição do gene-alvo.
Cópia de um gene aplicando a técnica da PCR
A reação em cadeia de polimerase ou PCR (do inglês Polimerase Chain Reaction) é uma técnica biotecnológica que serve para multiplicar um gene ou um fragmento de DNA, com o objetivo de obter várias cópias dos mesmos.
Eleva-se a temperatura de desnaturação à (95 °C) a amostra de DNA que contém o gene ou fragmento alvo, para que se separem as duas cadeias que o compõem. Posteriormente, são acrescentados à amostra desnaturada nucleotídios livres portadores das diferentes bases nitrogenadas (adenina, guanina, timina e citosina), DNA-polimerase e pequenos fragmentos de DNA chamados primers ou iniciadores. Quando a temperatura desce a 65-55 °C, os iniciadores unem-se ao princípio e ao final do gene. Esta operação permite à enzima DNA-polimerase construir uma cadeia de DNA complementar ao gene, acrescentando nucleotídios livres ao iniciador. Utilizando um gel, repete-se esta operação cerca de centenas de vezes até obter várias cópias do gene objeto de estudo, separadas.
A técnica da PCR é muito utilizada no diagnóstico médico, nas análises forenses e nas experiências de biologia molecular, já que frequentemente necessitam de grandes quantidades de DNA.
A inserção de um gene em um organismo hospedeiro
Mediante técnicas de engenharia genética é possível obter organismos cujas células tenham genes que pertençam a outras espécies.
Evidentemente ainda existem limitações importantes. Só é possível transmitir características determinadas por meio de um ou de alguns genes; por isso, o número de genes introduzidos deve ser muito baixo. Frequentemente, se o organismo receptor do gene estranho, ou transgene, pertencer a uma espécie unicelular, fala-se em organismos recombinantes. Nas espécies pluricelulares, os organismos portadores de um transgene são chamados organismos transgênicos.
Através de uma pipeta muito fina (micropipeta), é possível introduzir DNA externo numa célula hospedeira, técnica chamada microinjeção. A célula microinjetada é implantada no útero de uma fêmea, em que o embrião é portador de um gene pertencente a outrem (organismo transgênico).
A clonagem de organismos pluricelulares
Clonar significa obter um indivíduo geneticamente idêntico àquele que lhe deu origem. No caso de bactérias e de outros organismos unicelulares – que se reproduzem assexuadamente –, os seres gerados são idênticos. Mas a maioria das espécies pluricelulares que interessam ao homem se roduzem sexuadamente e,portanto, seus descendentes não são idênticos aos genitores. Para obter um indivíduo geneticamente idêntico ao seu genitor, a única técnica possível é a clonagem.
O processo mais utilizado para clonar espécies pluricelulares consiste em isolar o núcleo com o material genético do indivíduo que será objeto da clonagem e introduzi-lo em uma célula germinativa feminina (ovócito), que teve seu núcleo previamente eliminado, deixando intactas e funcionais as organelas citoplasmáticas. A célula híbrida resultante começa o seu desenvolvimento embrionário in vitro e, posteriormente, o embrião é implantado no útero de uma mãe de aluguel para que continue o seu desenvolvimento até o momento de nascer. O indivíduo obtido por clonagem será geneticamente idêntico ao indivíduo doador do material genético nuclear.
Aplicações da engenharia genética
A engenharia genética tem aplicação em muitas áreas, desde a pesquisa até a medicina, a agricultura e a indústria.
Produção de insulina. Um dos grandes êxitos da biotecnologia foi a produção de insulina, obtida ao transferir-se o gene humano produtor deste hormônio a uma bactéria, e, posteriormente, cloná-lo por reprodução bacteriana. A transferência realizou-se com um vetor plasmídeo.

Aplicações médicas
A medicina é uma das áreas de maior aplicação da engenharia genética. As técnicas de bioengenharia permitiram, entre muitas outras coisas, a obtenção de vacinas genéticas e anticorpos monoclonais utilizados no combate às infecções.
Algumas patologias são devidas à incapacidade do corpo humano para produzir uma determinada proteína por causa da ausência ou disfunção do gene que a modifica. Em alguns casos, é possível sintetizar esta proteína em laboratório e, posteriormente, administrá-la ao paciente. Uma solução alternativa, ainda em vias de experimentação, é a terapia gênica, que tenta introduzir e induzir a expressão do gene ausente ou defeituoso em um número suficiente de células do organismo para que este passe a comandar a produção de tal proteína. No diagnóstico médico, as técnicas de bioengenharia também são utilizadas para detectar no feto doenças hereditárias, que ocorrem devido à presença de um gene defeituoso. Quando existem razões para pensar que o feto pode desenvolver uma doença genética, extrai-se uma amostra de DNA fetal por amniocentese, ou por biópsia do vilo coriônico, para que seus genes sejam examinados. Esta técnica é utilizada para identificar, por exemplo, a doença de Huntington, a fibrose cística, a distrofia muscular e a talassemia.
Uma aplicação bastante interessante da engenharia genética seria a possibilidade de clonagem de um paciente em estado embrionário (por volta dos cinco dias de gestação) para poder isolar deste embrião células capazes de se diferenciarem no tipo de tecido que, no futuro, seja necessário regenerar.
Aplicações agrícolas e pecuárias
As técnicas de engenharia genética desempenham um papel muito importante na obtenção de plantas com fins comerciais, com um alto rendimento, um preço baixo, facilidade de transporte, etc. No campo medicinal, também tornou possível a elaboração de vacinas mais eficazes contra as doenças infecciosas do gado, assim como, no campo econômico, a elaboração de substâncias capazes de aumentar o tamanho dos animais de criação. A produção destes animais por via transgênica procura melhorar os produtos deles extraídos ou derivados, especialmente o leite, a carne e a lã.
As pesquisas atualmente em curso nesta área se orientam para a criação de cultivos que produzam os seus próprios fertilizantes e variedades cultivadas que estejam adaptadas a diferentes tipos de solo, improdutivos, entre outros fatores, por causa do seu elevado conteúdo em sais e/ou pela falta de irrigação.
Outras aplicações da manipulação biológica
Nem todas as técnicas de manipulação de organismos, tecidos ou células que se utilizam atualmente com fins médicos, científicos ou industriais têm como objetivo modificar as suas características genéticas. Muitas destas técnicas são utilizadas tendo em vista o desenvolvimento científico e permitindo obter quantidades suficientes de células, de microrganismos ou de produtos gerados por eles, como as técnicas de cultivo de células ou tecidos ou as que permitem a produção de anticorpos monoclonais.

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