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15.4: Organismos Transgênicos
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Transgenic Organisms
 
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15.4: Transgenic Organisms

15.4: Organismos Transgênicos

Overview

Transgenic organisms are genetically engineered to carry transgenes—genes from a different species—as part of their genome. The transgene may either be a different version of one of the organism’s genes or a gene that does not exist in their genome. Transgenes are usually generated by recombinant DNA and DNA cloning techniques. Transgenic bacteria, plants, and animals allow scientists to address biological queries and design practical solutions.

Creating a Transgenic Organism

Scientists begin the process of transgenesis—introducing a transgene into an organism’s genome—by selecting an appropriate technique. There are several biological, chemical, and physical methods of transgenesis. A common biological method involves the virus-mediated introduction of foreign DNA into a host cell genome, called transduction. A popular chemical method uses calcium phosphate (Ca3(PO4)2). The method is based on the formation of a Ca3(PO4)2/DNA precipitate to facilitate DNA binding to and entering cells. Physical methods such as microinjection—a technique that uses a thin, glass needle to manually insert genetic material into cells—artificially introduce DNA by force.

Once inside the cell, a transgene can either integrate randomly or at a specific site in the genome with the help of DNA repair enzymes (i.e., recombination). These transgenic cells then multiply and replicate the transgene as part of their genome, stably expressing the researcher’s gene of interest. A transgene may not integrate into the genome, and hence induce only transient expression of the researcher’s gene of interest. Usually, a selectable marker (e.g., antibiotic resistance gene) or a reporter gene (e.g., GFP) are included along with the gene of interest, so that cells with successful transgene integration can be identified.

Transgenes Can Be Introduced into Animals and Plants

In animals, the transgene is typically inserted into an early-stage, fertilized egg by microinjection. The hope is that the transgene will integrate into the germ cells—reproductive precursor cells that become gametes (i.e., egg or sperm)—so that it will express in all of the developing organism’s cells. Furthermore, germline integration is heritable, meaning the transgene can be passed down through generations by breeding. The transgenic animals are backcrossed—the offspring are mated with the parent—to create lines of animals that are homozygous for the transgene.

Plant transgenesis routinely uses a biological method, such as bacterial vector delivery, to introduce foreign DNA into cells. Rhizobium radiobacter (formerly known as Agrobacterium tumefaciens) is a soil-dwelling, pathogenic bacterium that can infect plants and integrate its plasmid DNA into the plant’s genome. Scientists have modified R. radiobacter so that the plasmid DNA can carry a transgene. Plant tissue samples are cultured with R. radiobacter to allow for infection and the integration of the transgene. These tissues are further cultured on selective media that induce shoot and root growth until the nascent plant can be transferred to soil. These transgenic plants are backcrossed to create lines of high yield, transgenic plants.

Practical Uses of Transgenic Organisms

Transgenic organisms have many applications in agriculture, science, industry, and medicine. For example, transgenic plants have been produced that are insect-resistant to increase yield and reduce the use of pesticides (e.g., Bt corn); bacteria have been engineered for use in biomedical research and to produce biofuels; and transgenic animals have been used to manufacture medicines—such as human proteins—and to create models of human disease. Scientists leverage the power of transgenic plants, bacteria, and animals to research gene expression, create desired gene products, or promote valuable traits.

Visão geral

Organismos transgênicos são geneticamente modificados para transportar transgenes — genes de uma espécie diferente — como parte de seu genoma. O transgene pode ser uma versão diferente de um dos genes do organismo ou um gene que não existe em seu genoma. Transgenes são geralmente gerados por técnicas de clonagem de DNA recombinante e DNA. Bactérias transgênicas, plantas e animais permitem que os cientistas resolvam consultas biológicas e projetem soluções práticas.

Criando um organismo transgênico

Os cientistas iniciam o processo de transgênese — introduzindo um transgêgênio no genoma de um organismo — selecionando uma técnica apropriada. Existem vários métodos biológicos, químicos e físicos de transgênese. Um método biológico comum envolve a introdução mediada pelo vírus de DNA estranho em um genoma de células hospedeiras, chamado transdução. Um método químico popular usa fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2). O método baseia-se na formação de um ca3(PO4)2/DNA precipitado para facilitar a ligação do DNA e a entrada de células. Métodos físicos como a microinjeção — uma técnica que usa uma fina agulha de vidro para inserir material genético manualmente nas células — introduz artificialmente o DNA à força.

Uma vez dentro da célula, um transgene pode se integrar aleatoriamente ou em um local específico no genoma com a ajuda de enzimas de reparação de DNA (ou seja, recombinação). Essas células transgênicas então se multiplicam e replicam o transgene como parte de seu genoma, expressando o gene de interesse do pesquisador. Um transgene pode não se integrar ao genoma e, portanto, induzir apenas a expressão transitória do gene de interesse do pesquisador. Normalmente, um marcador selecionável (por exemplo, gene de resistência a antibióticos) ou um gene repórter (por exemplo, GFP) são incluídos juntamente com o gene de interesse, para que as células com integração transgênica bem sucedida possam ser identificadas.

Transgenes podem ser introduzidos em animais e plantas

Em animais, o transgene é tipicamente inserido em um óvulo fertilizado em estágio inicial por microinjeção. A esperança é que o transgene se integre às células germinativas — células precursoras reprodutivas que se tornam gametas (ou seja, óvulos ou espermatozoides) — para que ele se expresse em todas as células do organismo em desenvolvimento. Além disso, a integração germinal é hereiável, o que significa que o transgene pode ser passado através de gerações pela reprodução. Os animais transgênicos são cruzados — os filhotes são acasalados com os pais — para criar linhas de animais homozigosos para o transgene.

A transgênese vegetal usa rotineiramente um método biológico, como a entrega de vetores bacterianos, para introduzir DNA estranho nas células. Rhizobium radiobacter (anteriormente conhecida como Agrobacterium tumefaciens) é uma bactéria patogênica que pode infectar plantas e integrar seu DNA plasmídeo no genoma da planta. Os cientistas modificaram o rádio R. para que o DNA plasmídeo possa carregar um transgene. As amostras de tecido vegetal são cultivadas com R. radiobacter para permitir a infecção e a integração do transgene. Esses tecidos são ainda mais cultivados em mídias seletivas que induzem o tiro e o crescimento das raízes até que a planta nascente possa ser transferida para o solo. Estas plantas transgênicas são cruzadas para criar linhas de plantas transgênicas de alto rendimento.

Usos Práticos de Organismos Transgênicos

Organismos transgênicos têm muitas aplicações na agricultura, ciência, indústria e medicina. Por exemplo, foram produzidas plantas transgênicas resistentes a insetos para aumentar o rendimento e reduzir o uso de pesticidas (por exemplo, milho bt); bactérias foram projetadas para uso em pesquisas biomédicas e para a produção de biocombustíveis; e animais transgênicos têm sido usados para fabricar medicamentos — como proteínas humanas — e criar modelos de doenças humanas. Os cientistas aproveitam o poder de plantas transgênicas, bactérias e animais para pesquisar a expressão genética, criar produtos genéticos desejados ou promover características valiosas.


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