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Tecnologia misteriosa de inserção de genes: como os cientistas modificam o DNA com precisão?
O desenvolvimento da tecnologia de engenharia genética tornou possível modificar os genomas de animais e plantas, permitindo aos cientistas inserir, excluir e alterar genes de diversas maneiras. Por trás dessa capacidade estão anos de pesquisa sobre a função dos genes e sua manipulação. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia genética, os cientistas são capazes de realizar operações de modificação com precisão, trazendo espaço ilimitado para a imaginação para o futuro desenvolvimento científico e agrícola.
A criação de um organismo transgênico ou editado requer a execução cuidadosa de várias etapas, desde a seleção do gene até o isolamento e a incorporação em um vetor adequado, que é então usado para inserir o gene no genoma do hospedeiro.
A engenharia genética é baseada em diversas descobertas científicas, incluindo enzimas de restrição, DNA ligases e o desenvolvimento de tecnologias de reação em cadeia da polimerase (PCR) e sequenciamento. Essas ferramentas permitem que os genes sejam manipulados não apenas de forma eficiente, mas também com precisão. Comparada com a antiga tecnologia de inserção aleatória, a tecnologia moderna pode localizar o ponto de inserção com mais precisão e reduzir efeitos colaterais desnecessários.
Tradicionalmente, os cientistas contam com técnicas como endonucleases meióticas e nucleases de dedo de zinco, que tornam o processo de inserção de genes complexo e difícil de controlar. Desde 2009, a precisão oferecida pelos sistemas TALEN e Cas9 baseados em CRISPR melhorou muito tudo isso, aumentando significativamente a precisão e a eficiência da edição genética.
História da engenharia genética
A manipulação humana de genes pode ser rastreada até a seleção artificial na agricultura antiga. Já em 12.000 a.C., as pessoas usavam seleção artificial para promover mudanças genéticas em plantas e animais. Com o tempo, nossa compreensão de como os genes funcionam evoluiu, incluindo o trabalho inicial das leis de herança de Mendel e a descoberta histórica em 1944 do DNA como material genético.
Datados de 1865, os primeiros resultados experimentais publicados por Mendel revelaram as leis da herança genética e inauguraram a era da genética moderna.
Avanços científicos e tecnológicos no século XX promoveram ainda mais o desenvolvimento da genética. Por exemplo, a descoberta de endonucleases de restrição e DNA ligases abriu caminho para a tecnologia de DNA recombinante, que pode não apenas unir genes, mas também formar novas combinações de genes . Mais tarde, Kary Mullis desenvolveu a tecnologia PCR em 1983, que permitiu aos cientistas amplificar de forma rápida e eficiente fragmentos específicos de DNA e posteriormente rastreá-los e modificá-los.
Selecione o gene alvo
Antes de realizar a edição genética, você primeiro precisa determinar o gene alvo a ser inserido. Esse processo geralmente é motivado pelas necessidades específicas dos cientistas em relação aos organismos-alvo. Isso pode envolver apenas um ou dois genes, ou uma via biossintética mais complexa. Depois que os genes são identificados, os cientistas podem inserir genes de diferentes organismos em bactérias para armazenamento e modificação.
Os pesquisadores identificam os melhores genes candidatos por meio de triagem e comparação de genes, o que promove a análise e mineração de genes, fornecendo assim suporte para experimentos subsequentes.
Por exemplo, para organismos que normalmente não são propensos à mutação, os cientistas podem selecionar indivíduos que sofreram mutação natural para uma exploração mais detalhada. A triagem de genes-alvo determinará ainda mais sua similaridade com genes conhecidos com base em suas funções, selecionando assim os genes a serem inseridos. Com os avanços na genômica, os microarrays e o sequenciamento do genoma tornaram a triagem significativamente mais eficiente e fácil.
Tecnologia de manipulação genética
Todo processo de engenharia genética envolve modificação precisa do DNA. Primeiro, os cientistas precisam extrair o DNA das células, um processo que geralmente depende de métodos químicos para quebrar as células e separar o DNA de outros componentes celulares usando métodos como centrifugação. Após a extração, o gene alvo precisa ser separado, geralmente por corte gradual em pequenos fragmentos com a ajuda de endonucleases de restrição.
Na extração e modificação reais de genes, os pesquisadores usam enzimas como a RNase para realizar operações contínuas e precisas para garantir que os fragmentos de DNA obtidos estejam completos e intactos e, então, realizam múltiplas triagens e clonagens.
Nesse processo, para permitir que o gene inserido seja efetivamente expresso, geralmente é necessário adicionar regiões promotoras e terminadoras ao gene construído. Esses elementos adicionais ajudam a regular como os genes são expressos e como eles funcionam. Uma vez construído, o gene deve ser inserido no genoma do hospedeiro, um processo realizado por meio de diferentes técnicas, dependendo do organismo alvo.
Perspectivas futuras
O desenvolvimento no campo da engenharia genética abriu um novo capítulo na biotecnologia. Desde plantas transgênicas até o estabelecimento de modelos animais, a tecnologia de edição genética tem sido amplamente utilizada em muitos campos, como agricultura, medicina e ciência ambiental. À medida que a tecnologia melhora, podemos esperar ver novos avanços na engenharia genética no futuro?
