2.2 BIOTECNOLOGIA, MODIFICAÇÃO GENÉTICA E A TECNOLOGIA DO DNA
2.2.2 Biotecnologia Moderna e as Modificações Planejadas
A principal vantagem proporcionada pelo uso da biotecnologia moderna reside exatamente na possibilidade de superação das barreiras naturais impostas pelas técnicas tradicionais de transformação genética, viabilizando o desenvolvimento de novas aplicações a partir da transferência de DNA entre organismos de espécies diferentes e a criação de uma molécula de DNAr, como as que podem ser observadas na atualidade, principalmente nos domínios da: a) medicina63 (obtenção de drogas, vacinas e enzimas); b) agricultura64 (cultivo de espécies GM com propriedades de resistência a insetos e herbicidas); c) alimentação65 (uso de sementes GM com melhores propriedades nutricionais; aumento da produção de carne e de leite a partir do uso do hormônio do crescimento ou aumento de suas qualidades nutricionais pela inserção de genes ).
Embora o histórico do processo experimental da construção de uma molécula de DNA híbrido, e da própria aplicação da engenharia genética como técnica de biotecnologia moderna tenha sido atribuído ao trabalho coordenado por Paul Berg, na década de 1970, sua viabilidade somente foi possível após a descoberta, pelo cientista suíço Werner Arber (1968) e, posteriormente, pelos cientistas norte-americanos Hamilton Smith e Daniel Nathans, das funções desenvolvidas por uma espécie de enzima que seria capaz de recortar seções específicas de uma molécula de DNA, chamadas enzimas de restrição.66
Essa função seria indispensável para o desenvolvimento experimental da tecnologia, oportunizando o início das aplicações da engenharia genética sobre organismos vivos, a partir da década de 1970, com os trabalhos de Paul Berg e Herbert Boyer, da Universidade de Stanford, e Stanley Cohen, da Universidade de Berkeley.67
62 NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES. Environmental effects of transgenic plants. The scope and adequacy of regulation. Washington: National Academy Press, 2002, p. 77.
63 ALDRIDGE, Susan. The thread of life..., p. 187-196.
64 KREUZER, Helen; MASSEY, Adrianne. Engenharia genética e biotecnologia. 2. ed. Tradução de Ana Beatriz Gorizini da Veita et al. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 36-38.
65 ALDRIDGE, Susan, op. cit., p. 116-122.
66 ARAGÃO, Francisco J. L. Organismos transgênicos..., p. 21-22. As enzimas descobertas pelas equipes de cientistas foram identificadas e isoladas, respectivamente, na bactéria Escherichia coli (endonuclease Eco RI) e na bactéria Hemophilus influenzae (endonuclease R Hind II).
Os cientistas foram responsáveis, em 1972, pela construção de uma molécula de DNA híbrida (DNAr), a partir do recorte de uma molécula de DNA do vírus SV40, pelo uso da primeira enzima de restrição descoberta (endonuclease EcoRI), que recebeu parte da molécula de DNA da bactéria Escherichia coli,68 produzindo a primeira molécula portadora de DNAr.
Na experiência, uma seção da molécula de DNA foi recortada pela enzima de restrição e introduzida no plasmídeo de uma bactéria, que também recebeu uma outra seção de DNA recortada de outro organismo.
O mesmo experimento permitiu que fosse apresentada uma segunda ferramenta, indispensável para que outras formas de construção de DNA híbrido fossem possíveis, tendo obtido com sucesso a criação do primeiro vetor (fazendo uso de um plasmídeo de bactéria), que poderia ser capaz de modificar o genoma de uma células hospedeira.69
O processo de sua construção poderia ser descrito, sinteticamente, como uma operação de corte, colagem e cópia, no qual o gene que se pretende transferir é primeiro cortado do DNA do organismo doador, depois colado em uma molécula de DNA intermediária chamada vetor [transportador], que será introduzida no organismo receptor, onde é copiado de diversas formas.70
Na demonstração, uma seção do DNA do sapo Xenopus foi recortada pelo uso de uma enzima de restrição, e inerida em um plasmídeo recortado da bactéria Escherichia coli, resultando em uma molécula de DNAr que, posteriormente, foi reintroduzida na bactéria, oportunizando a multiplicação da nova seqüência de DNA contida no plasmídeo sempre que a bactéria se multiplicasse, tendo produzido o primeiro organismo portador de uma molécula de DNA modificada.71
A primeira planta transgênica seria obtida apenas em 1983, primeiro, pela cientista Patricia Zambryski e, posteriormente, pela empresa de biotecnologia Monsanto, ambos obtendo uma variedade transformada de fumo contendo, no primeiro caso, seqüências de DNA da bactéria Escherichia coli e, no último, um gene marcador de resistência a
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68 TOURTE, Yves. Genetically modified organisms…, p. 3-4; ALDRIDGE, Susan, loc. cit. Consultar glossário.
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69 TOURTE, Yves, loc. cit.; ALDRIDGE, Susan, loc.cit. Consultar glossário.
70 ALDRIDGE, Susan. The thread of life..., p. 104.
antibiótico.72
Posteriormente, em 1985, seriam obtidas as primeiras plantas transgênicas capazes de secretar inseticidas; plantas de fumo que tiveram a inserção de gene para a produção de toxina, proveniente da bactéria Bacillus thuringiensis.73
A primeira experiência visando a aplicação comercial de plantas transgênicas começou com a iniciativa da empresa norte-americana de biotecnologia Calgene, em 1994, que objetivava disponibilizar ao mercado uma variedade de tomate (Flavor Savr) transformado com a introdução de gene capaz de retardar seu processo de amadurecimento e permitir o elastecimento dos períodos de conservação, experimento que, entretanto, não teve resultados comerciais positivos, sendo retirado do mercado.74
As primeiras experiências com a inserção de DNA exógeno em animais foram realizadas pela inserção, no organismo de um rato, do gene causador do câncer a fim de usá-lo nos estudos para o desenvolvimento de novas drogas, estendendo-se, posteriormente, ao salmão modificado, para produzir maior quantidade de hormônio do crescimento, e às experiências com porcos, objetivando o xenotransplante.75
Em todos esses experimentos, viabilizar a tecnologia depende, essencialmente, do uso de duas ferramentas que serão responsáveis, primeiro pelo corte da molécula de DNA, e depois pela ligação do gene exógeno a outro gene localizado no organismo hospedeiro, função que se encontra atribuída a duas espécies distintas de enzimas: uma de restrição (corte), e uma de ligação das seções de DNA distintas (ligase).
A obtenção de um organismo geneticamente modificado é o resultado de um processo que, conforme explica Tourte76, compreenderia pelo menos três estágios bem definidos:
a) isolamento de um gene funcional ou de partes que poderiam ser utilizadas para a
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72 ARAGÃO, Francisco J. L. Organismos transgênicos..., p. 53; TOURTE, Yves. Genetically modified organisms…, p. 14.
73 TOURTE, Yves, loc. cit.
74 FAO. Genetically modified organisms, consumers, food safety and the environment. FAO: Roma, 2001, p. 12. Disponível em: <ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/003/x9602e/x9602e00.pdf>. Acesso em: 5 jun. 2004. 75 BORÉM, Aluízio; RODRIGUES, Fabrício. Entendendo a biotecnologia, p. 88-90, 98. Aldridge refere-se às
experiências com animais para testes de drogas e novas formas de tratamento genético a partir do que classifica como o “modelo rato”, o qual, por compartilhar mais de 99% do DNA humano e por não suscitar questões éticas ou associadas à proteção de espécies ameaçadas, que o uso de outros animais com a mesma similaridade genética com a espécie humana poderia causar, é o indicado para a utilização de técnicas de engenharia genética. (ALDRIDGE, Susan, The thread of life..., p. 126-127.)
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construção de um gene funcional;
b) construção do gene funcional e sua associação com um determinado gene marcador já selecionado;
c) inserção do gene em um vetor para oportunizar sua transferência do doador ao hospedeiro.
Portanto, o processo de obtenção de um organismo que detenha DNAr começa com o seqüenciamento e o isolamento do gene que se deseja inserir no organismo hospedeiro, que depende da constituição de uma biblioteca de genes, que pode ser de dois tipos: bibliotecas de DNA ou de DNA complementar, sendo a primeira a de uso mais freqüente.77
Nessas bibliotecas compostas de um conjunto homogêneo de células, o DNA deverá ser, primeiro, extraído por métodos que dependem da origem ou da localização do DNA78.
Tomando-se como exemplo a obtenção de DNA a partir de um plasmídeo bacterial, o processo tem início em uma quantidade suficiente de células de uma população homogênea, que pode ser obtida através de uma cultura de bactérias.79
O DNA do plasmídeo bacterial (DNA plasmídico) sofre a intervenção de uma enzima de restrição (endonuclease), resultando na formação de pequenas seções, o mesmo ocorrendo com o DNA do plasmídeo que contém um gene de resistência a um antibiótico (DNA genômico), que também será segmentado em pequenas seções.80
Os fragmentos serão combinados mediante a presença de outra espécie de enzima (ligase), de modo a produzir novos plasmídeos, estes, contendo agora, fragmentos de DNA plasmídico e genômico81 (DNAr).
Esses novos plasmídeos serão postos em contato com a bactéria e inseridos por meio de processos térmicos ou elétricos, para que possam se propagar e replicar no organismo hospedeiro, através do processo de clonagem do DNA,82 forma mais freqüente pela qual podem ser obtidas as bibliotecas de genoma.
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77 TOURTE, Yves. Genetically modified organisms…, p. 21. 78 Ibid., p. 22.
79 Id.
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80 WATSON, James D. et al. Biologia molecular do gene, p. 656.
81 A distinção proposta não possui orientação científica, mas tão-somente didática, objetivando apenas distinguir o DNA do plasmídeo bacterial, do DNA do plasmídeo que possui um gene de resistência a antibiótico.
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82 Segundo define Watson, por clonagem de DNA deveria ser considerada “a capacidade de fabricar moléculas de DNA recombinante e mantê-las nas células [...]”. WATSON, James et al. Biologia molecular do gene, p. 654.
A bactéria passa a portar genes contendo DNAr, identificáveis pelo uso de uma prova complementar que indicará a presença do gene desejado pela sua capacidade de hibridação.83
Isolados os genes de interesse, estes serão posteriormente introduzidos na célula, mas acompanhados de uma sequência de outros genes (marcador, promotor e terminador) que geralmente são inseridos em conjunto na célula, pelos vários processos de transformação.
Os genes incorporados simultaneamente têm a finalidade de permitir a distinção entre os organismos que foram objeto da transferência genética e aqueles que já têm incorporado o transgene, e assegurar o controle sobre a forma de expressão do gene.
A primeira função é exercida pelo gene marcador, geralmente um gene que confere resistência a antibiótico (como a canamicina ou ampicilina), ou resistência a herbicidas,84 que permite, no caso de transformação das plantas (objeto desta seção), assim como nas bactérias, a seleção das células vegetais transformadas por sua identificação pelo gene marcador, que geralmente é transferido com o gene de interesse.85
As demais funções estão concentradas nos genes promotor e terminador que, além de sinalizarem o começo e o fim do gene que será expresso no organismo hospedeiro, asseguram, no caso do promotor, exatamente quando e onde se expressará (órgão ou tecido) e, ainda, a quantidade de proteína a ser produzida.86
Uma vez que a maior parte dos marcadores utilizados expressa como característica a resistência a antibióticos (a preferência recai sobre o gene de resistência à canamicina), seria plausível admitir, pelo menos como hipótese, a possibilidade de que a técnica de transferência poderia não ser suficientemente segura para a conservação da qualidade dos recursos naturais e para a saúde humana, hipótese (de que os argumentos sobre sua segurança não podem veicular certeza) que será objeto de análise por ocasião da descrição de algumas das principais evidências já demonstradas sobre os riscos.
Tendo sido descrita a engenharia da construção de microorganismos, animais e plantas geneticamente modificados, constata-se que o elemento que diferencia as modificações planejadas que fazem o uso da tecnologia do DNAr em relação às técnicas tradicionais de modificação genética está em que a engenharia genética recombina, em
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83 TOURTE, Yves. Genetically modified organisms…, p. 25 Consultar glossário.
84 Ibid., p. 31.
85 ALDRIDGE, Susan. The thread of life…, p. 204.
laboratório, material genético entre espécies que não poderiam interagir naturalmente.87