O que são os OGM e como eles são feitos?

O que é um OGM?

O OGM é pequeno para "organismo geneticamente modificado". A modificação genética existe há décadas e é a maneira mais eficaz e rápida de criar uma planta ou animal com uma característica ou característica específica. Permite mudanças específicas precisas na sequência de DNA. Como o DNA compreende essencialmente o plano para todo o organismo, as mudanças na mudança de DNA das funções que o organismo é capaz de.

Não há realmente nenhuma outra maneira de fazer isso, exceto usando as técnicas desenvolvidas nos últimos 40 anos para manipular diretamente o DNA.

Como você modifica geneticamente um organismo? Na verdade, esta é uma pergunta bastante ampla. Um organismo pode ser uma planta, animal, fungo ou bactéria e todos estes podem ser, e foram, geneticamente modificados há quase 40 anos. Os primeiros organismos geneticamente modificados eram bactérias no início da década de 1970. Desde então, bactérias geneticamente modificadas tornaram-se o campo de trabalho de centenas de milhares de laboratórios fazendo modificações genéticas em plantas e animais. A maior parte da mistura básica de genes e modificações são projetadas e preparadas usando bactérias, principalmente uma variação de E. coli, depois transferida para organismos alvo.

A abordagem geral para alterar geneticamente plantas, animais ou micróbios é conceitualmente bastante semelhante. No entanto, existem algumas diferenças nas técnicas específicas devido às diferenças gerais entre células vegetais e animais.

Por exemplo, as células das plantas possuem paredes celulares e células animais não.

Razões para modificações genéticas de plantas e animais

Os animais transgênicos são principalmente feitos para fins de pesquisa, muitas vezes como sistemas biológicos modelo utilizados para o desenvolvimento de medicamentos. Houve alguns animais GM desenvolvidos para outros fins comerciais, como peixes fluorescentes como animais de estimação e mosquitos GM para ajudar a controlar mosquitos portadores de doenças.

No entanto, estas são aplicações relativamente limitadas fora da pesquisa biológica básica. Até agora, nenhum animal geneticamente modificado foi aprovado como fonte de alimento. Em breve, isso pode mudar com o Salmão AquaAdvantage que está passando pelo processo de aprovação.

Com as plantas, no entanto, a situação é diferente. Embora muitas plantas sejam modificadas para pesquisa, o objetivo da maioria das modificações genéticas das culturas é fazer uma cepa de planta que seja comercial ou socialmente benéfica. Por exemplo, os rendimentos podem ser aumentados se as plantas forem projetadas com resistência melhorada a uma praga causadora de doenças como a Papaya do arco-íris, ou a capacidade de crescer em uma região inóspita e talvez mais fria. O fruto que permanece maduro mais longo, como o Endless Summer Tomatoes, proporciona mais tempo para o tempo de prateleira após a colheita para uso. Além disso, os traços que melhoram o valor nutricional, como o Arroz Dourado, projetados para serem ricos em vitamina A, ou a utilidade da fruta, como também as maçãs árticas não-acastanhadas também foram feitas.

Essencialmente, qualquer característica que pode ser manifestada com a adição ou inibição de um gene específico, pode ser introduzida. Traços que requerem múltiplos genes também podem ser gerenciados, mas isso requer um processo mais complicado que ainda não foi alcançado com culturas comerciais.

O que é um gene?

Antes de explicar como novos genes são colocados em organismos, é importante entender o que é um gene. Como muitos provavelmente sabem, os genes são feitos de DNA, que é parcialmente composto por quatro bases comumente observadas como simplesmente A, T, C, G. A ordem linear dessas bases em uma linha abaixo de uma cadeia de DNA de um gene pode ser pensada como um código para uma proteína específica, assim como letras em uma linha de código de texto para uma frase.

As proteínas são moléculas biológicas grandes feitas de aminoácidos unidos em várias combinações. Quando a combinação certa de aminoácidos está ligada entre si, a cadeia de aminoácidos se dobra em uma proteína com uma forma específica e as características químicas adequadas em conjunto para permitir a realização de uma função ou reação particular. As coisas vivas são constituídas em grande parte por proteínas. Algumas proteínas são enzimas que catalisam reações químicas; outros transportam material para as células e alguns atuam como interruptores ativando ou desativando outras proteínas ou cascatas protéicas.

Então, quando um novo gene é introduzido, ele dá à célula a seqüência de código para permitir que ele faça uma nova proteína.

Como as células organizam seus genes?

Nas plantas e células animais, quase todo o DNA é ordenado em vários fios longos, que se encontram em cromossomos. Os genes são na verdade apenas pequenas seções da longa seqüência de DNA que compõe um cromossomo. Cada vez que uma célula se replica, todos os cromossomos são replicados primeiro. Este é o conjunto central de instruções para a célula, e cada célula de progênie recebe uma cópia. Então, para introduzir um novo gene que permite que a célula faça uma nova proteína que confira um traço específico, basta inserir um pouco de DNA em um dos fios cromossomos longos. Uma vez inserido, o DNA será passado para qualquer célula filha quando eles se replicarem como todos os outros genes.

Na verdade, certos tipos de DNA podem ser mantidos em células separadas dos cromossomos e os genes podem ser introduzidos usando essas estruturas para que não se integrem ao DNA cromossômico. No entanto, com esta abordagem, uma vez que o DNA cromossômico da célula é alterado geralmente não é mantido em todas as células após várias repetições. Para modificações genéticas permanentes e herdáveis, tais como os processos utilizados na engenharia de culturas, são utilizadas modificações cromossômicas.

Como um novo gene é inserido?

A engenharia genética refere-se simplesmente à inserção de uma nova sequência de base de DNA (geralmente correspondente a um gene inteiro) no DNA cromossômico do organismo. Isso pode parecer conceitualmente direto, mas, tecnicamente, fica um pouco mais complicado. Existem muitos detalhes técnicos envolvidos na obtenção da sequência de DNA correta com os sinais certos no cromossomo no contexto certo que permite que as células reconheçam que é um gene e usá-lo para criar uma nova proteína.

Existem quatro elementos-chave que são comuns a quase todos os procedimentos de engenharia genética:

1. Primeiro, você precisa de um gene. Isso significa que você precisa da molécula de DNA física com as seqüências de bases particulares. Tradicionalmente, essas seqüências foram obtidas diretamente de um organismo usando algumas das várias técnicas laboriosas. Hoje em dia, ao invés de extrair DNA de um organismo, os cientistas geralmente apenas sintetizam a partir dos produtos químicos básicos A, T, C, G. Uma vez obtida, a sequência pode ser inserida em um pedaço de DNA bacteriano que é como um pequeno cromossomo (um plasmídeo) e, uma vez que as bactérias se replicam rapidamente, é possível fazer o máximo do gene que for necessário.
2. Uma vez que você tem o gene, você precisa colocá-lo em uma cadeia de DNA cercada com a sequência de DNA adjacente para permitir que a célula a reconheça e a exprima. Principalmente, isso significa que você precisa de uma pequena sequência de DNA chamada promotora que sinaliza a célula para expressar o gene.
3. Além do gene principal que deve ser inserido, muitas vezes um segundo gene é necessário para fornecer um marcador ou seleção. Este segundo gene é essencialmente uma ferramenta usada para identificar as células que contêm o gene.
4. Finalmente, é necessário ter um método de entrega do novo DNA (i. E., Promotor, novo gene e marcador de seleção) nas células do organismo. Há várias maneiras de fazer isso. Para as plantas, o meu favorito é a abordagem da pistola de genes que usa um rifle 22 modificado para filmar partículas de tungstênio revestidas de DNA ou de ouro nas células.

Com células animais, há uma série de reagentes de transfecção que cobrem ou complexam o DNA e permitem que ele passe através das membranas celulares. Também é comum que o DNA seja enchedido em conjunto com DNA viral modificado que possa ser usado como um vetor de gene para levar o gene às células. O DNA viral modificado pode ser encapsulado com proteínas virais normais para produzir um pseudovírus que pode infectar células e inserir o DNA que transporta o gene, mas não replicar para criar um novo vírus.

Para muitas plantas de dicotiledóneas, o gene pode ser colocado numa variante modificada do portador de ADN-T da bactéria Agrobacterium tumefaciens. Existem algumas outras abordagens também. No entanto, com a maioria, apenas um pequeno número de células capta o gene que faz a seleção das células manipuladas uma parte crítica desse processo. É por isso que um gene de seleção ou marcador geralmente é necessário.

Mas, como você faz um mouse ou tomate geneticamente projetado?

Um OGM é um organismo com milhões de células e a técnica acima só realmente descreve como engenharia genética de células isoladas. No entanto, o processo para gerar um organismo inteiro envolve essencialmente o uso dessas técnicas de engenharia genética em células germinativas (i. E., Esperma e células de ovo). Uma vez que o gene chave está inserido, o resto do processo basicamente usa técnicas de criação genética para produzir plantas ou animais que contenham o novo gene em todas as células do corpo. A engenharia genética é realmente apenas feita para células. A biologia faz o resto.