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ENGENHARIA GENÉTICA Os problemas ainda existentes nessa área exigem um refinamento dos métodos de mutagênese. Uma opção atraente é o ‘transgene induzível’, que dependeria de um promotor controlado por uma droga. Nesse caso, a administração ou não da droga ao camundongo ‘ligaria’ ou ‘desligaria’ a expressão da proteína associada ao transgene. Ainda mais interessante é induzir mutações em um dado tecido ou órgão. Para isso um gene derivado de bactéria (recombinase cre), ligado a um promotor específico para determinado tecido, é integrado ao genoma do camundongo como um transgene. Ao mesmo tempo, obtêm-se outras linhagens de camundongos contendo pequenas seqüências sinalizadoras (loxP) nas extremidades do gene em estudo (introduzidas por recombinação homóloga), sem alterar sua expressão. O cruzamento das duas linhagens gera animais em que a recombinase cre, expressa apenas em tecidos especificados pelo promotor, reconhece as seqüências loxP junto ao gene-alvo e o elimina apenas nas células desses tecidos. Assim, ao con- em geral sadios, pois uma cópia selvagem do gene em estudo é suficiente para o funcionamento do organismo. O cruzamento desses camundongos heterozigotos permitirá obter alguns filhotes com duas cópias mutantes do gene (homozigotos), que não expressarão a proteína associada ao gene nocauteado. Anormalidades funcionais e/ou anatômicas nesses animais revelam em que funções orgânicas o gene nocauteado está envolvido. Hoje, o número de genes nocauteados em camundongos aproxima-se de mil, e cresce continuamente. A técnica, além de ajudar a entender processos fisiológicos, abre um caminho para investigar doenças humanas que ainda não tinham modelos animais. Na oncologia, os camundongos mutantes garantiram grandes avanços no estudo de genes supressores de tumores – genes cuja inativação contribui para o surgimento ou a progressão de tumores. Na última década, mutações de grande número de genes foram associadas a tumores humanos, embora muitas vezes ainda não se conheçam as funções das proteínas correspondentes a tais genes. A mutação do supressor tumoral p53, por exemplo, ocorre em diversos cânceres humanos. O estudo de camundongos nocautes com mutações do gene p53 mostrou que ele atua como um mecanismo de segurança, evitando que defeitos no DNA (que podem levar a crescimento anormal e câncer) sejam transmitidos durante a duplicação das células. Portanto, p53 protege o organismo contra mutações perigosas, muitas causadas por agentes ambientais, como radiação e toxinas presentes em alimentos ou drogas (o tabaco, por exemplo). ÁREA Como era de se esperar, mutar um gene específico não resolve tudo. Se o gene inativado está envolvido na formação do organismo na fase embrionária, a inativação pode ser letal, impedindo o nascimento das crias. Além disso, com freqüência várias proteínas com funções se- Medicina melhantes participam do controle de processos biológicos. A redundância é vantajosa para o organismo, que pode substituir a proteína em caso de falha, mas significa que nocautear um gene só revela suas funções não-redundantes. Agropecuária Finalmente, esse tipo de mutação induzida resulta na ausência total e irreversível da proteína estudada, mas em geral a ex- Ciências biológicas pressão de um gene apresenta gradações: o nível de uma dada proteína presente em uma célula varia em função do seu estado funcional. Em alguns casos, silenciar um gene em um momento específico da vida do camundongo, de forma gradativa e reversível, seria muito mais informativo. Novos caminhos e muitas aplicações USO POTENCIAL 4Identificar a função de genes e proteínas correspondentes em animais e vegetais 4Desenvolver modelos animais de doenças humanas, permitindo seu estudo e a busca de novas terapias Figura 7. Usos potenciais da tecnologia de manipulação genética 4Produção de proteínas de interesse médico através de animais transgênicos que expressem genes humanos 4Introdução de transgenes em tecidos ou órgãos humanos para tratar doenças genéticas 4Desenvolvimento de animais transgênicos para doação de tecidos ou órgãos para transplante em humanos 4Desenvolvimento de raças de animais transgênicos, mais saudáveis para consumo e de crescimento rápido 4Desenvolvimento de vegetais mais resistentes a pragas ou melhor adaptados ao solo e ao clima de uma região janeiro/fevereiro d e 1999 • CIÊNCIA HOJE • 23
ENGENHARIA GENÉTICA Sugestões para leitura ALBERTS, B., BRAY, D., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., & WATSON, J.D. Molecular biology of the cell, New York, Garland Publishing, 1994. VEGA, M.A. Gene Targeting, Boca Raton, CRC Press, 1995. MAK, T.W., PENNINGER, J., RODER, J., ROSSANT, J., & SAUNDERS, M. The gene knockout factsbook, Londres, Academic Press, 1998. HOUDEBINE, L.M. Transgenic animals: generation and use, Amsterdã, Harwood Academic Publishers, 1997. (INTERNET) http:// www.biomednet.com/ db/mkmd trário dos nocautes tradicionais, esses animais apresentam deficiência da proteína estudada só no tecido visado – único modo de investigar genes com funções diversas em tecidos diferentes. A recombinação homóloga pode ser usada para inativar totalmente um gene ou para eliminar ou substituir uma ou mais bases (processo chamado de knock in, em oposição a knock out). Nesse caso, são obtidas proteínas com alterações de função. A técnica também permite investigar a questão da redundância de proteínas, através da geração de linhagens independentes de camundongos nocautes para diferentes genes envolvidos em um mesmo processo biológico e do cruzamento de tais linhagens para obter animais com diferentes combinações de mutações. Os animais transgênicos e nocautes têm permitido avanços sem precedentes no conhecimento biológico, mas isso não é tudo. A lista de aplicações da nova tecnologia (figura 7) está em expansão, e os primeiros produtos dela derivados já alcançam o mercado. Na área médica, muitas doenças humanas decorrem da ausência de certas proteínas ou de mutações que alteram suas funções normais. Nos hemofílicos, por exemplo, mutações nos genes responsáveis pela produção de fatores da coagulação sangüínea criam o risco de hemorragias difíceis de estancar e às vezes fatais. Transfusões de sangue regulares repõem as proteínas ausentes, mas envolvem riscos como a transmissão de doenças infecciosas (Aids, hepatite B, doença de Chagas e outras). Assim, apesar do esforço dos doadores, seria muito útil a produção segura, barata e em grande escala de fatores de coagulação. A introdução de um transgene humano em outro mamífero criaria uma ‘fábrica’ da proteína humana correspondente, idéia já testada com sucesso em camundongos. Hoje, vários grupos de pesquisa buscam criar vacas ou cabras transgênicas para fatores de coagulação humanos. Para isso, usam transgenes ligados a promotores que regulam a expressão dos genes das proteínas do leite, de onde o fator de coagulação poderá ser retirado. Em tese, essa estratégia permite produzir qualquer proteína de interesse médico, o que revolucionaria o controle de inúmeras doenças. Outra opção, aplicável a muitas doenças genéticas, é a substituição, em células do paciente, do gene mutante causador do problema por um gene funcional – a terapia gênica. Nesse caso, um transgene introduzido em tecidos específicos ou uma mutação knock in regulariza a expressão dos genes originalmente não-funcionais. Nos últimos anos, pacientes com várias doenças genéticas vêm sendo submetidos a esse tipo de terapia experimental. Também promissor é o transplante de tecidos ou órgãos de uma espécie para outra (xenotransplante). No caso do transplante de coração, por exemplo, uma opção perseguida há décadas é o uso do órgão de um animal (o porco é a escolha mais adequada, pelas características físicas do coração). Mas é preciso superar a rejeição, processo em que o organismo do receptor reconhece e ataca proteínas das células do órgão transplantado, diferentes das suas próprias. Criar porcos em cujos corações as proteínas responsáveis pela rejeição tenham sido substituídas por proteínas humanas seria uma alternativa. Os xenotransplantes, usando órgãos de animais geneticamente modificados, talvez sejam possíveis em alguns anos. Na agroindústria, é conceitualmente possível desenvolver raças de animais que cresçam mais rápido ou tenham menor percentual de gordura (ou outro componente) na carne, no leite ou em ovos. Também se podem obter animais mais resistentes a doenças, reduzindo gastos com drogas e o risco de intoxicações causadas por elas. Os mesmos princípios, aplicados a vegetais, gerariam plantas resistentes a pragas ou mais bem adaptadas ao clima e solo de uma região. Tudo isso poderia aumentar a produtividade na agroindústria mundial, ajudando a combater o flagelo da fome. Como todo avanço tecnológico, a manipulação genética de seres vivos traz, ao lado dos benefícios, alguns riscos potenciais, nem sempre percebidos com facilidade. A riqueza de opções torna necessário analisar caso a caso o uso da nova tecnologia. Além disso, para seres sociais, as mudanças, sejam no comportamento ou no modo como garantem sua sobrevivência, estão sempre associadas a julgamentos éticos. Portanto, cabe a cada sociedade discutir o assunto e decidir racionalmente quais tipos de tecnologia são ou não aceitáveis para uso entre seus integrantes. O Brasil também precisa discutir a questão do uso de técnicas de manipulação genética, como vem ocorrendo há anos em vários outros países. É fundamental que o país não perca as oportunidades reais de melhorar suas condições de vida, nem aceite a imposição de decisões tomadas por outras sociedades, sem discutir sua adequação à realidade brasileira. n 24 • CIÊNCIA HOJE • vol. 25 • nº 146
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