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15.1: O que é a Engenharia Genética?
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What is Genetic Engineering?
 
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15.1: What is Genetic Engineering?

15.1: O que é a Engenharia Genética?

Overview

Genetic engineering is the process of modifying an organism’s DNA to introduce new, desirable traits. Many organisms, from bacteria to plants and animals, have been genetically modified for academic, medical, agricultural, and industrial purposes. While genetic engineering has definite benefits, ethical concerns surround modifying humans and our food supply.

Scientists can Deliberately Modify an Organism’s Genome

Genetic engineering is possible because the genetic code—the way information is encoded by DNA—and the structure of DNA are universal among all life forms. As a result, an organism’s genetic code may be modified in several ways.

The nucleotide sequence may be selectively edited by using techniques such as the CRISPR/Cas9 system. Known as the "molecular scissors," the CRISPR/Cas9 system is an innate, prokaryotic immune response that has been co-opted for editing genetic information.

A gene may also be removed from an organism to create a “knockout,” or introduced to create a “knockin,” through a process called gene targeting. This method relies on homologous recombination—genetic exchange between DNA molecules that share an extended region with similar sequences—to modify an endogenous gene.

Scientists can also insert a gene from one organism into the genome of another, resulting in a transgenic organism. Generally, DNA combined from different sources is called recombinant DNA. The organism that receives that DNA is considered a genetically modified organism or GMO.

Genetic Engineering Impacts Human Health and Well-Being

Genome editing has significantly impacted scientific research, agriculture, industry, and medicine. Molecular biology research often inserts transgenes—foreign genes—into bacteria and viruses to study gene function and expression. Bacteria were the first organisms to be genetically engineered. Scientists introduced the human insulin gene to produce synthetic insulin that is used by people with diabetes.

A technique called gene therapy allows a new gene to be inserted into a person so that the protein it encodes can be expressed within their cells. Gene therapy provides a cure or treatment for some serious and otherwise untreatable genetic diseases. Scientists modified viruses to deliver new genes to host cells. These customized viruses can infect diseased cells and insert a correct copy of a defective gene, treating human disorders such as Severe Combined Immunodeficiency (SCID).

Although many gene therapy treatments use modified viruses, the CRISPR/Cas9 system has become an increasingly popular technique. The CRISPR/Cas9 system cuts DNA by using a guide—RNA sequences known as CRISPR—to direct the “molecular scissors”—an enzyme called Cas9—to specific sites in the genome. Scientists use this molecular tool to add, remove, or alter genetic material. CRISPR/Cas9 has been used in mouse models to correct errors in genes that are responsible for Duchenne muscular dystrophy, Hepatitis B, cataracts, and cardiovascular disease.

While genetic engineering can yield new treatments for diseases, it can also be used for other practical purposes. Transgenic goats have been developed that produce spider silk in their milk for industrial use. In agriculture, some plants have been genetically modified to improve characteristics such as nutritional content and pest resistance. Recent and future advances in genetic engineering will likely continue to impact both human health and well-being.

Ethical Concerns Regarding Genetic Engineering

Genetic engineering has great potential, but where do we draw the line? Scientists and society must answer this question. Human genome editing, especially in germline cells, is a major ethical concern. Most gene therapies modify somatic cells, so genetic changes only affect the individual. Changes to a person’s germline, however, are also inherited by their offspring.

In 2018, a scientist shocked the world when he allegedly created the first babies genetically modified with CRISPR. He attempted to make the twin baby girls resistant to HIV by introducing an unstudied germline mutation. His actions sparked outrage and concern as scientists and the public grappled with what this meant for humankind. It remains unclear how this will affect the girls’ health, their future offspring, or the population.

Another concern is the use of foreign genetic material to improve the food supply. Plants are the most common genetically modified food source, with 28 countries growing nearly 450 million acres of GM crops globally. While there is enormous potential to secure food supply for a growing world population, scientifically sound, long-term studies are needed to address the concerns of GMO critics.

Visão Geral

A engenharia genética é o processo de modificação do DNA de um organismo para introduzir novas características desejáveis. Muitos organismos, desde bactérias a plantas e animais, têm sido geneticamente modificados para fins académicos, médicos, agrícolas e industriais. Embora a engenharia genética tenha claros benefícios, preocupações éticas envolvem a modificação de humanos e dos nossos suplementos alimentares.

Os Cientistas Podem Modificar Deliberadamente o Genoma de um Organismo

A engenharia genética é possível porque o código genético—a forma como a informação é codificada pelo DNA—e a estrutura do DNA são universais entre todas as formas de vida. Como resultado, o código genético de um organismo pode ser modificado de várias maneiras.

A sequência de nucleótidos pode ser editada seletivamente usando técnicas como o sistema CRISPR/Cas9. Conhecido como "tesoura molecular", o sistema CRISPR/Cas9 é uma resposta imune inata e procariótica que foi cooptada para editar informações genéticas.

Um gene também pode ser removido de um organismo para criar um “knockout”, ou introduzido para criar um “knockin”, através de um processo chamado gene targeting. Este método baseia-se na recombinação homóloga—troca genética entre moléculas de DNA que compartilham uma extensa região com sequências semelhantes—para modificar um gene endógeno.

Os cientistas também podem inserir um gene de um organismo no genoma de outro, resultando em um organismo transgénico. Geralmente, o DNA combinado de diferentes fontes é chamado DNA recombinante. O organismo que recebe esse DNA é considerado um organismo geneticamente modificado ou OGM.

A Engenharia Genética Impacta a Saúde e Bem-estar Humanos

A edição de genomas teve um impacto significativo na investigação científica, agricultura, indústria e medicina. A investigação em biologia molecular insere frequentemente transgenes—genes estranhos—em bactérias e vírus para estudar a função e a expressão genética. As bactérias foram os primeiros organismos a serem geneticamente modificados. Os cientistas introduziram o gene da insulina humana para produzir insulina sintética que é usada por pessoas com diabetes.

Uma técnica chamada terapia genética permite que um novo gene seja inserido em uma pessoa para que a proteína que codifica possa ser expressa dentro das suas células. A terapia genética fornece uma cura ou tratamento para algumas doenças genéticas graves e intratáveis. Os cientistas modificaram vírus para entregar novos genes às células hospedeiras. Esses vírus personalizados podem infectar células doentes e inserir uma cópia correta de um gene defeituoso, tratando distúrbios humanos como a Imunodeficiência Combinada Grave (SCID).

Embora muitos tratamentos de terapia genética usem vírus modificados, o sistema CRISPR/Cas9 tornou-se uma técnica cada vez mais popular. O sistema CRISPR/Cas9 corta o DNA usando um guia—sequências de RNA conhecidas como CRISPR—para guiar a “tesoura molecular”, uma enzima chamada Cas9, para locais específicos do genoma. Os cientistas usam esta ferramenta molecular para adicionar, remover ou alterar material genético. O CRISPR/Cas9 tem sido usado em modelos de murganhos para corrigir erros em genes responsáveis pela distrofia muscular de Duchenne, Hepatite B, cataratas e doenças cardiovasculares.

Embora a engenharia genética possa produzir novos tratamentos para doenças, ela também pode ser usada para outros fins práticos. Foram desenvolvidas cabras transgénicas que produzem seda de aranha no seu leite para uso industrial. Na agricultura, algumas plantas foram geneticamente modificadas para melhorar características como o conteúdo nutricional e a resistência a pragas. Os avanços recentes e futuros na engenharia genética provavelmente continuarão a ter impacto tanto na saúde como no bem-estar humanos.

Preocupações Éticas em Relação à Engenharia Genética

A engenharia genética tem grande potencial, mas onde colocamos o limite? Os cientistas e a sociedade devem responder a essa pergunta. A edição de genomas humanos, especialmente em células germinativas, é uma grande preocupação ética. A maioria das terapias genéticas modificam células somáticas, então as alterações genéticas só afetam o indivíduo. Mudanças na linha germinativa de uma pessoa, no entanto, também são herdadas pelos seus filhos.

Em 2018, um cientista chocou o mundo quando alegadamente criou os primeiros bebés geneticamente modificados com CRISPR. Ele tentou tornar as meninas gémeas resistentes ao HIV introduzindo uma mutação germinativa não estudada. As suas ações provocaram indignação e preocupação enquanto cientistas e o público lidavam com o que isso significava para a humanidade. Ainda não está claro como isso irá afetar a saúde das meninas, os seus futuros filhos ou a população.

Outra preocupação é o uso de material genético estranho para melhorar os suplementos alimentares. As plantas são a fonte de alimento geneticamente modificada mais comum, com 28 países cultivando cerca de 450 milhões de hectares de culturas GM globalmente. Embora exista um enorme potencial para garantir o fornecimento de alimentos para uma população mundial crescente, estudos cientificamente sólidos e de longo prazo são necessários para resolver as preocupações dos críticos do OGM.


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