15.3: DNA Recombinante
Visão Geral
Os cientistas criam DNA recombinante combinando DNA de diferentes fontes—muitas vezes, outras espécies—em laboratório. A clonagem de DNA permite que os investigadores estudem genes específicos inserindo-os em células facilmente manipuladas, como bactérias. Organismos que contêm DNA recombinante são conhecidos como organismos geneticamente modificados (OGM). A tecnologia de DNA recombinante produz organismos com novos genes que podem beneficiar a ciência, a medicina e a agricultura.
Como os Cientistas Criam DNA recombinante?
A criação de DNA recombinante envolve inserir um gene de interesse em um vector—um veículo que transporta DNA estranho em células hospedeiras para replicação de DNA e expressão proteica. Os vectores de clonagem mais usados são plasmídeos, pequenos pedaços circulares de DNA que se replicam independentemente do DNA cromossómico do hospedeiro.
Para criar DNA recombinante, tanto o DNA do doador, incluindo o gene de interesse, como o vector são cortados em sequências específicas de nucleótidos—chamados de locais de restrição—usando enzimas de restrição. A enzima DNA ligase sela o esqueleto de açúcar-fosfato onde o gene de interesse e o plasmídeo se ligam.
O resultado é uma molécula de DNA recombinante consistindo em um vector com um pedaço integrado de DNA doador—chamado de inserção. Um cientista pode então introduzir essa molécula de DNA híbrido em um organismo hospedeiro—tipicamente bactérias ou leveduras—onde ela se replica facilmente e rapidamente. Isso cria muitas cópias do gene de interesse, o que é necessário para a investigação científica e outras aplicações. O gene também pode ser transcrito e traduzido para a proteína desejada—como a insulina humana—usando a maquinaria celular do hospedeiro.
Criar DNA recombinante é um processo imperfeito, e erros ocorrem frequentemente. Por exemplo, o vector pode fechar sem a inserção ou a inserção pode estar incorreta (por exemplo, ao contrário). Antes de usar o DNA recombinante para estudos posteriores, os investigadores têm de verificar se há erros. O sequenciamento de nucleótidos pode ajudar a identificar colónias de bactérias que carregam plasmídeos com a inserção correta.
Cientistas Usam DNA Recombinante Para Estudar Genes e Proteínas
A tecnologia de DNA recombinante é particularmente vantajosa quando um cientista precisa de muitas cópias de um gene de interesse ou de um produto proteico. No entanto, a investigação de um cientista pode exigir um nível adicional de complexidade, como a detecção ou purificação da sua proteína desejada. Para alcançar esse objetivo, um investigador pode anexar uma etiqueta ou repórter—proteínas usadas para identificar um produto genético—à proteína desejada para criar um gene de fusão, ou gene quimérico.
Aplicações em Medicina e Agricultura
Os cientistas usaram pela primeira vez a tecnologia de DNA recombinante para produzir insulina humana em bactérias, resultando em um tratamento para diabetes. Desde essa descoberta inicial, os investigadores criaram outros DNAs recombinantes para uso terapêutico. Bactérias recombinantes produzem hormona do crescimento humano—uma proteína necessária para o crescimento e desenvolvimento normal—para tratar pacientes com deficiência hormonal de crescimento. Células de mamíferos recombinantes, derivadas de humanos e hamsters, produzem o Fator VIII—uma proteína necessária para a coagulação sanguínea normal—para tratar pacientes com hemofilia. Evidentemente, a tecnologia de DNA recombinante é uma ferramenta poderosa para a produção em larga escala de proteínas essenciais.
Os avanços agrícolas na tecnologia de DNA recombinante também impactam o bem-estar humano. Por exemplo, os produtores de milho sofreram danos substanciais nas culturas devido à praga de Ostrinia nubilalis. Em resposta, os cientistas isolaram genes de uma bactéria que habita o solo, Bacillus thuringiensis (Bt), para criar milho geneticamente modificado e resistente a pragas. Bacillus thuringiensis produz naturalmente proteínas tóxicas para certos insetos, mas não para humanos, plantas ou outros animais. A introdução do milho Bt resistente a pragas melhorou a produção de culturas e diminuiu o uso de pesticidas químicos. Tais aplicações agrícolas melhoram a qualidade e a quantidade da oferta global de alimentos.
