Tecnologia genética

Recombinante 重组 DNA é DNA que foi feito ao unir DNA de duas fontes diferentes. Engenharia genética 基因工程 é a alteração deliberada do material genético de um organismo — muitas vezes transferindo um gene 基因 para um organismo para que o gene seja expresso (ligado para produzir sua proteína 蛋白质).

O gene a ser transferido pode ser obtido de três formas:

• cortado do DNA de um organismo doador 供体,
• feito a partir do mRNA do doador, usando a enzima transcriptase reversa 逆转录酶,
• construído quimicamente a partir de nucleotídeos 核苷酸.

As ferramentas

Um promotor 启动子 frequentemente precisa ser transferido junto com o gene. O promotor é o "interruptor" que permite que o gene seja transcrito no seu novo organismo, sem ele o gene permaneceria silencioso.

Para verificar se o gene entrou e está funcionando, os cientistas adicionam um gene marcador 标记基因 ao lado — por exemplo, um que codifica um produto fluorescente 荧光 (que brilha). Se as células brilharem, a transferência funcionou.

Edição gênica

Edição gênica 基因编辑 é uma forma precisa de engenharia genética. Insere, exclui ou substitui DNA em um local exato no genoma 基因组.

Copiando e organizando DNA

• a reação em cadeia da polimerase 聚合酶链式反应 (PCR) é usada para clonar 克隆 e amplificar 扩增 DNA — para fazer milhões de cópias. Repete ciclos de aquecimento e resfriamento, usando uma enzima termorresistente chamada Taq polimerase.

• eletroforese em gel 凝胶电泳 separa fragmentos 片段 de DNA pelo comprimento. Os fragmentos movem-se através de um gel em um campo elétrico, e fragmentos menores viajam mais longe, assim os comprimentos se espalham em bandas.

• microarrays 微阵列 são usados para estudar genomas inteiros e detectar quais genes estão ligados, captando seu mRNA.
• banco de dados 数据库 armazena as sequências de nucleotídeos de genes e as sequências de aminoácidos 氨基酸 de proteínas, para que cientistas de qualquer lugar possam compará-las.

Proteínas humanas recombinantes

Um gene humano pode ser colocado em bactérias ou outras células para que produzam uma proteína humana recombinante — uma cópia exata da humana. Isso é mais seguro, nunca falta e evita o uso de proteínas tiradas de animais ou doadores. Exemplos são insulina 胰岛素 (para diabetes 糖尿病), fator VIII (para hemofilia) e adenilato desaminase (para sistema imunológico defeituoso).

Rastreamento genético

Rastreamento genético 基因筛查 testa o DNA de uma pessoa quanto a alelos de doença antes do aparecimento de sintomas. Exemplos são os alelos BRCA1 e BRCA2 (que aumentam o risco de câncer de mama 乳腺癌), doença de Huntington 亨廷顿病 e fibrose cística 囊性纤维化. Conhecer o resultado ajuda as pessoas a tomar decisões informadas sobre tratamento e família.

Terapia gênica

Terapia gênica 基因治疗 trata uma doença genética inserindo uma cópia funcional de um gene nas células do paciente. Foi usada para SCID (uma doença em que o sistema imunológico falha) e algumas doenças oculares hereditárias.

Questões sociais e éticas

O rastreamento genético e a terapia gênica levantam preocupações: quem deve ver seus resultados genéticos, se seguradoras ou empregadores poderiam usá-los indevidamente, se as alterações são seguras e permanentes, e quem decide. Essas questões éticas 伦理 e sociais devem ser ponderadas contra os benefícios.

Engenharia genética pode ajudar a alimentar um mundo em crescimento melhorando animais e culturas cultivadas. Exemplos de organismos geneticamente modificados 转基因生物 (OGMs) são:

• salmão GM 鲑yu que crescem até tamanho mais rápido.
• soja 大豆 tornada resistente a um herbicida 除草剂, para que ervas daninhas possam ser pulverizadas sem prejudicar a cultura.
• algodão 棉花 tornado resistente a insetos pragas 害虫, porque produz uma proteína que mata os insetos.

OGMs também levantam questões éticas e sociais: se são seguros para comer, qual efeito têm no meio ambiente e espécies selvagens, se os genes modificados podem se espalhar, e se poucas grandes empresas devem controlar o suprimento de alimentos.

Exemplo resolvido. Uma pequena amostra de DNA de uma cena de crime deve ser amplificada e depois comparada com a de um suspeito. Descreva as duas técnicas e o que cada uma alcança. PCR copia o DNA em ciclos repetidos: denaturação em cerca de $95\ °\text{C}$ separa as fitas, anelenamento em cerca de $55\ °\text{C}$ permite que iniciadores se liguem em cada extremidade do alvo, e extensão em cerca de $72\ °\text{C}$ faz a Taq polimerase construir as novas fitas. Cada ciclo dobra a quantidade, então $n$ ciclos dão $2^n$ cópias - 30 ciclos transformam uma molécula em aproximadamente um bilhão. Eletroforese em gel então separa os fragmentos: o DNA é negativamente carregado devido aos seus grupos fosfato, então move-se em direção ao ânodo, e fragmentos menores viajam mais longe através do gel. Padrões de bandas correspondentes apontam para a mesma fonte. A Taq polimerase é usada porque é termorresistente - uma polimerase comum desnaturaria em $95\ °\text{C}$ no primeiro ciclo.

• Esboce a caixa de ferramentas: enzimas de restrição (cortam em sequências específicas, extremidades adesivas), ligase (une), vetores de plasmídeo e PCR (amplifica).
• Explique eletroforese em gel: o DNA separa-se por tamanho, fragmentos menores viajam mais longe — usado em impressão digital genética.
• Dê um benefício vs preocupação equilibrado para OGMs e terapia gênica.