Bactérias geneticamente modificadas

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

As bactérias geneticamente modificadas foram os primeiros organismos a serem modificados em laboratório, devido à sua genética simples.[1] Esses organismos são agora usados para diversos fins, e são particularmente importantes na produção de grandes quantidades de proteínas humanas puras para uso na medicina.[2]

História[editar | editar código-fonte]

O primeiro exemplo disso ocorreu em 1978, quando Herbert Boyer, trabalhando em um laboratório da Universidade da Califórnia, pegou uma versão do gene da insulina humana e a inseriu na bactéria Escherichia coli para produzir insulina "humana" sintética. Quatro anos depois, foi aprovado pela Food and Drug Administration dos EUA.

Pesquisa[editar | editar código-fonte]

Esquerda: Bactérias transformadas com pGLO sob luz ambiente
Direita: Bactérias transformadas com pGLO visualizadas sob luz ultravioleta

As bactérias foram os primeiros organismos a serem geneticamente modificados em laboratório, devido à relativa facilidade de modificação de seus cromossomos.[3] Essa facilidade os tornou ferramentas importantes para a criação de outros OGMs. Genes e outras informações genéticas de uma ampla gama de organismos podem ser adicionados a um plasmídeo e inseridos em bactérias para armazenamento e modificação. As bactérias são baratas, fáceis de cultivar, clonais, multiplicam-se rapidamente, são relativamente fáceis de transformar e podem ser armazenadas a -80 °C quase indefinidamente. Uma vez que um gene é isolado, ele pode ser armazenado dentro da bactéria, fornecendo um suprimento ilimitado para pesquisa.[4] O grande número de plasmídeos personalizados torna a manipulação do DNA extirpado de bactérias relativamente fácil.[5]

Sua facilidade de uso os tornou ótimas ferramentas para cientistas que buscam estudar a função e a evolução dos genes. A maioria das manipulações de DNA ocorre dentro de plasmídeos bacterianos antes de serem transferidos para outro hospedeiro. As bactérias são o organismo modelo mais simples e a maior parte de nossa compreensão inicial da biologia molecular vem do estudo da Escherichia coli.[6] Os cientistas podem facilmente manipular e combinar genes dentro das bactérias para criar proteínas novas ou interrompidas e observar o efeito que isso tem em vários sistemas moleculares. Os pesquisadores combinaram os genes de bactérias e archaea, levando a insights sobre como esses dois divergiram no passado.[7] No campo da biologia sintética, eles têm sido usados para testar várias abordagens sintéticas, desde a síntese de genomas até a criação de novos nucleotídeos.[8][9][10]

Comida[editar | editar código-fonte]

As bactérias são utilizadas na produção de alimentos há muito tempo, e cepas específicas foram desenvolvidas e selecionadas para esse trabalho em escala industrial. Eles podem ser usados para produzir enzimas, aminoácidos, aromatizantes e outros compostos usados na produção de alimentos. Com o advento da engenharia genética, novas alterações genéticas podem ser facilmente introduzidas nestas bactérias. A maioria das bactérias produtoras de alimentos são bactérias do ácido lático, e é aí que a maioria das pesquisas sobre bactérias produtoras de alimentos geneticamente modificadas foi. As bactérias podem ser modificadas para operar com mais eficiência, reduzir a produção de subprodutos tóxicos, aumentar a produção, criar compostos aprimorados e remover caminhos desnecessários.[11] Os produtos alimentares de bactérias geneticamente modificadas incluem alfa-amilase, que converte amido em açúcares simples, quimosina, que coagula a proteína do leite para fazer queijo, e pectinesterase, que melhora a clareza do suco de frutas.[12]

No queijo[editar | editar código-fonte]

A quimosina é uma enzima produzida no estômago de mamíferos ruminantes jovens para digerir o leite. A digestão das proteínas do leite por meio de enzimas é essencial para a fabricação de queijos. As espécies Escherichia coli e Bacillus subtilis podem ser geneticamente modificadas para sintetizar e excretar quimosina,[13] proporcionando um meio de produção mais eficiente. O uso de bactérias para sintetizar a quimosina também fornece um método vegetariano de fabricação de queijos, pois anteriormente, ruminantes jovens (normalmente bezerros) tinham que ser abatidos para extrair a enzima do revestimento do estômago.

Industrial[editar | editar código-fonte]

Bactérias geneticamente modificadas são usadas para produzir grandes quantidades de proteínas para uso industrial. Geralmente as bactérias são cultivadas em um grande volume antes que o gene que codifica a proteína seja ativado. As bactérias são então colhidas e a proteína desejada é purificada a partir delas.[14] O alto custo de extração e purificação fez com que apenas produtos de alto valor fossem produzidos em escala industrial.[15]

Produção farmacêutica[editar | editar código-fonte]

A maioria dos produtos industriais de bactérias são proteínas humanas para uso em medicina.[16] Muitas dessas proteínas são impossíveis ou difíceis de obter por métodos naturais e são menos propensas a serem contaminadas com patógenos, tornando-as mais seguras.[14] Antes dos produtos de proteína recombinante, vários tratamentos eram derivados de cadáveres ou outros fluidos corporais doados e podiam transmitir doenças.[17] De fato, a transfusão de hemoderivados já havia levado à infecção não intencional de hemofílicos com HIV ou hepatite C ; da mesma forma, o tratamento com hormônio de crescimento humano derivado de glândulas pituitárias de cadáveres pode ter levado a surtos de doença de Creutzfeldt-Jakob.[17][18]

O primeiro uso medicinal de bactérias GM foi para produzir a proteína insulina para tratar diabetes.[19] Outros medicamentos produzidos incluem fatores de coagulação para tratar a hemofilia,[20] hormônio de crescimento humano para tratar várias formas de nanismo,[21][22] interferon para tratar alguns cânceres, eritropoietina para pacientes anêmicos e ativador do plasminogênio tecidual que dissolve coágulos sanguíneos.[14] Fora da medicina, eles têm sido usados para produzir biocombustíveis.[23] Há interesse em desenvolver um sistema de expressão extracelular dentro da bactéria para reduzir custos e tornar mais econômica a produção de produtos.[15]

Saúde[editar | editar código-fonte]

Com uma maior compreensão do papel que o microbioma desempenha na saúde humana, existe o potencial de tratar doenças alterando geneticamente as bactérias para serem, elas próprias, agentes terapêuticos. As ideias incluem alterar as bactérias intestinais para que destruam bactérias nocivas ou usar bactérias para substituir ou aumentar enzimas ou proteínas deficientes. Um foco de pesquisa é modificar Lactobacillus, bactérias que naturalmente fornecem alguma proteção contra o HIV, com genes que aumentarão ainda mais essa proteção.[24] As bactérias que geralmente causam cáries dentárias foram projetadas para não produzir mais ácido lático que corrói os dentes.[25] Essas bactérias transgênicas, se permitirem colonizar a boca de uma pessoa, talvez possam reduzir a formação de cáries.[26] Micróbios transgênicos também foram usados em pesquisas recentes para matar ou impedir tumores e para combater a doença de Crohn.[27]

Se as bactérias não formam colônias dentro do paciente, a pessoa deve ingerir repetidamente as bactérias modificadas para obter as doses necessárias. Permitir que as bactérias formem uma colônia pode fornecer uma solução de longo prazo, mas também pode aumentar as preocupações de segurança, pois as interações entre as bactérias e o corpo humano são menos compreendidas do que com os medicamentos tradicionais.

Um exemplo de tal intermediário, que forma apenas colônias de curto prazo no trato gastrointestinal, pode ser Lactobacillus Acidophilus MPH734. Este é utilizado como específico no tratamento da Intolerância à Lactose. Esta versão geneticamente modificada da bactéria Lactobacillus acidophilus produz uma enzima ausente chamada lactase, que é usada para a digestão da lactose encontrada em produtos lácteos ou, mais comumente, em alimentos preparados com produtos lácteos. A colônia de curto prazo é induzida ao longo de um regime de tratamento de 21 comprimidos de uma semana, após o qual, a colônia temporária pode produzir lactase por três meses ou mais antes de ser removida do corpo por processos naturais. O regime de indução pode ser repetido quantas vezes forem necessárias para manter a proteção contra os sintomas de intolerância à lactose, ou descontinuado sem consequências, exceto o retorno dos sintomas originais.

Há preocupações de que a transferência horizontal de genes para outras bactérias possa ter efeitos desconhecidos. A partir de 2018 existem ensaios clínicos em andamento testando a eficácia e segurança desses tratamentos.[24]

Agricultura[editar | editar código-fonte]

Por mais de um século as bactérias têm sido usadas na agricultura. As culturas foram inoculadas com Rhizobia (e mais recentemente Azospirillum) para aumentar a sua produção ou permitir que sejam cultivadas fora do seu habitat original. A aplicação de Bacillus thuringiensis (Bt) e outras bactérias pode ajudar a proteger as plantações contra a infestação de insetos e doenças de plantas. Com os avanços na engenharia genética, essas bactérias foram manipuladas para aumentar a eficiência e ampliar a gama de hospedeiros. Marcadores também foram adicionados para auxiliar no rastreamento da propagação da bactéria. As bactérias que colonizam naturalmente certas culturas também foram modificadas, em alguns casos para expressar os genes Bt responsáveis pela resistência a pragas. As cepas de bactérias Pseudomonas causam danos causados pela geada nucleando água em cristais de gelo em torno de si. Isso levou ao desenvolvimento de bactérias sem gelo, que removem os genes formadores de gelo. Quando aplicados às culturas, podem competir com as bactérias ice-plus e conferir alguma resistência ao gelo.[28]

Esta obra de arte é feita com bactérias modificadas para expressar 8 cores diferentes de proteínas fluorescentes.

Outros usos[editar | editar código-fonte]

Outros usos para bactérias geneticamente modificadas incluem biorremediação, onde as bactérias são usadas para converter poluentes em uma forma menos tóxica. A engenharia genética pode aumentar os níveis das enzimas usadas para degradar uma toxina ou tornar as bactérias mais estáveis em condições ambientais.[29] Bactérias GM também foram desenvolvidas para lixiviar cobre do minério,[30] limpar a poluição por mercúrio[31] e detectar arsênico na água potável.[32] Bioart também foi criado usando bactérias geneticamente modificadas. Na década de 1980, o artista Joe Davis e a geneticista Dana Boyd converteram o símbolo germânico da feminilidade (ᛉ) em código binário e depois em uma sequência de DNA, que foi então expressa em Escherichia coli.[33] Isso foi um passo adiante em 2012, quando um livro inteiro foi codificado no DNA.[34] Pinturas também foram produzidas usando bactérias transformadas com proteínas fluorescentes.[33][35][36]

Produtos transgênicos sintetizados por bactérias[editar | editar código-fonte]

Notas[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. ↑ Melo EO, Canavessi AM, Franco MM, Rumpf R (2007). «Animal transgenesis: state of the art and applications» (PDF). Journal of Applied Genetics. 48 (1): 47–61. PMID 17272861. doi:10.1007/BF03194657. Cópia arquivada (PDF) em 6 de novembro de 2009 
  2. ↑ Leader B, Baca QJ, Golan DE (janeiro de 2008). «Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification». Nature Reviews. Drug Discovery. A guide to drug discovery. 7 (1): 21–39. PMID 18097458. doi:10.1038/nrd2399 
  3. ↑ Melo EO, Canavessi AM, Franco MM, Rumpf R (2007). «Animal transgenesis: state of the art and applications» (PDF). Journal of Applied Genetics. 48 (1): 47–61. PMID 17272861. doi:10.1007/BF03194657. Cópia arquivada (PDF) em 6 de novembro de 2009 
  4. ↑ «Rediscovering Biology - Online Textbook: Unit 13 Genetically Modified Organisms». www.learner.org. Consultado em 18 de agosto de 2017. Arquivado do original em 3 de dezembro de 2019 
  5. ↑ Fan M, Tsai J, Chen B, Fan K, LaBaer J (março de 2005). «A central repository for published plasmids». Science. 307 (5717). 1877 páginas. PMID 15790830. doi:10.1126/science.307.5717.1877a 
  6. ↑ Cooper GM (2000). «Cells As Experimental Models». The Cell: A Molecular Approach. 2nd Edition 
  7. ↑ Patel P (junho de 2018). «Microbe Mystery». Scientific American. 319 (1). 18 páginas. PMID 29924081. doi:10.1038/scientificamerican0718-18a 
  8. ↑ Arpino JA, Hancock EJ, Anderson J, Barahona M, Stan GB, Papachristodoulou A, Polizzi K (julho de 2013). «Tuning the dials of Synthetic Biology». Microbiology. 159 (Pt 7): 1236–53. PMC 3749727Acessível livremente. PMID 23704788. doi:10.1099/mic.0.067975-0 
  9. ↑ Pollack, Andrew (7 de maio de 2014). «Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code». The New York Times. Consultado em 7 de maio de 2014 
  10. ↑ Malyshev DA, Dhami K, Lavergne T, Chen T, Dai N, Foster JM, Corrêa IR, Romesberg FE (maio de 2014). «A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet». Nature. 509 (7500): 385–8. Bibcode:2014Natur.509..385M. PMC 4058825Acessível livremente. PMID 24805238. doi:10.1038/nature13314 
  11. ↑ Encyclopedia of Food and Health. [S.l.: s.n.] 1 de janeiro de 2016. pp. 211–216. ISBN 9780123849533. doi:10.1016/B978-0-12-384947-2.00356-1 
  12. ↑ Panesar, Pamit et al. (2010) Enzymes in Food Processing: Fundamentals and Potential Applications, Chapter 10, I K International Publishing House, ISBN 978-93-80026-33-6
  13. ↑ Luerce, T.D.; Azevedo, M. S.; LeBlanc, J.G.; Azevedo, V.; Miyoshi, A.; Pontes, D. S. (novembro–dezembro de 2014). «Recombinant Lactococcus lactis fails to secrete bovine chymosine». Bioengineered. 5 (6). PMC 4601287Acessível livremente. PMID 25482140. doi:10.4161/bioe.36327 
  14. ↑ a b c Jumba, Miriam (2009). Genetically Modified Organisms the Mystery Unraveled. Durham: Eloquent Books. pp. 51–54. ISBN 9781609110819 
  15. ↑ a b Zhou Y, Lu Z, Wang X, Selvaraj JN, Zhang G (fevereiro de 2018). «Genetic engineering modification and fermentation optimization for extracellular production of recombinant proteins using Escherichia coli». Applied Microbiology and Biotechnology. 102 (4): 1545–1556. PMID 29270732. doi:10.1007/s00253-017-8700-z 
  16. ↑ Leader B, Baca QJ, Golan DE (janeiro de 2008). «Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification». Nature Reviews. Drug Discovery. A guide to drug discovery. 7 (1): 21–39. PMID 18097458. doi:10.1038/nrd2399 
  17. ↑ a b Foster PR (outubro de 2000). «Prions and blood products». Annals of Medicine. 32 (7): 501–13. PMID 11087171. doi:10.3109/07853890009002026 
  18. ↑ Key NS, Negrier C (agosto de 2007). «Coagulation factor concentrates: past, present, and future». Lancet. 370 (9585): 439–48. PMID 17679021. doi:10.1016/S0140-6736(07)61199-4 
  19. ↑ Walsh G (abril de 2005). «Therapeutic insulins and their large-scale manufacture». Applied Microbiology and Biotechnology. 67 (2): 151–9. PMID 15580495. doi:10.1007/s00253-004-1809-x 
  20. ↑ Pipe SW (maio de 2008). «Recombinant clotting factors». Thrombosis and Haemostasis. 99 (5): 840–50. PMID 18449413. doi:10.1160/TH07-10-0593 
  21. ↑ Bryant J, Baxter L, Cave CB, Milne R (julho de 2007). «Recombinant growth hormone for idiopathic short stature in children and adolescents» (PDF). The Cochrane Database of Systematic Reviews (3): CD004440. PMID 17636758. doi:10.1002/14651858.CD004440.pub2 
  22. ↑ Baxter L, Bryant J, Cave CB, Milne R (janeiro de 2007). «Recombinant growth hormone for children and adolescents with Turner syndrome» (PDF). The Cochrane Database of Systematic Reviews (1): CD003887. PMID 17253498. doi:10.1002/14651858.CD003887.pub2 
  23. ↑ Summers, Rebecca (24 April 2013) "Bacteria churn out first ever petrol-like biofuel" New Scientist, Retrieved 27 April 2013
  24. ↑ a b Reardon S (junho de 2018). «Genetically modified bacteria enlisted in fight against disease». Nature. 558 (7711): 497–498. PMID 29946090. doi:10.1038/d41586-018-05476-4Acessível livremente 
  25. ↑ Hillman JD (agosto de 2002). «Genetically modified Streptococcus mutans for the prevention of dental caries». Antonie van Leeuwenhoek. 82 (1–4): 361–6. PMID 12369203. doi:10.1023/A:1020695902160 
  26. ↑ Hillman JD, Mo J, McDonell E, Cvitkovitch D, Hillman CH (maio de 2007). «Modification of an effector strain for replacement therapy of dental caries to enable clinical safety trials». Journal of Applied Microbiology. 102 (5): 1209–19. PMID 17448156. doi:10.1111/j.1365-2672.2007.03316.xAcessível livremente 
  27. ↑ Braat H, Rottiers P, Hommes DW, Huyghebaert N, Remaut E, Remon JP, van Deventer SJ, Neirynck S, Peppelenbosch MP, Steidler L (junho de 2006). «A phase I trial with transgenic bacteria expressing interleukin-10 in Crohn's disease». Clinical Gastroenterology and Hepatology. 4 (6): 754–9. PMID 16716759. doi:10.1016/j.cgh.2006.03.028 
  28. ↑ Amarger N (novembro de 2002). «Genetically modified bacteria in agriculture». Biochimie. 84 (11): 1061–72. PMID 12595134. doi:10.1016/s0300-9084(02)00035-4 
  29. ↑ Sharma B, Dangi AK, Shukla P (março de 2018). «Contemporary enzyme based technologies for bioremediation: A review». Journal of Environmental Management. 210: 10–22. PMID 29329004. doi:10.1016/j.jenvman.2017.12.075 
  30. ↑ Valda, Daniela; Dowling, Julian (10 de dezembro de 2010). «Making Microbes Better Miners». Business Chile Magazine. Consultado em 21 de março de 2012. Arquivado do original em 17 de dezembro de 2010 
  31. ↑ Ruiz ON, Alvarez D, Gonzalez-Ruiz G, Torres C (agosto de 2011). «Characterization of mercury bioremediation by transgenic bacteria expressing metallothionein and polyphosphate kinase». BMC Biotechnology. 11. 82 páginas. PMC 3180271Acessível livremente. PMID 21838857. doi:10.1186/1472-6750-11-82 
  32. ↑ Sanderson K (24 de fevereiro de 2012). «New Portable Kit Detects Arsenic In Wells». Chemical and Engineering News 
  33. ↑ a b Yetisen AK, Davis J, Coskun AF, Church GM, Yun SH (dezembro de 2015). «Bioart». Trends in Biotechnology (em English). 33 (12): 724–734. PMID 26617334. doi:10.1016/j.tibtech.2015.09.011 
  34. ↑ Agapakis, Christina. «Communicating with Aliens through DNA». Scientific American Blog Network. Consultado em 13 de setembro de 2018 
  35. ↑ Majdi, Mohammad; Ashengroph, Morahem; Abdollahi, Mohammad Reza (fevereiro de 2016). «Sesquiterpene lactone engineering in microbial and plant platforms: parthenolide and artemisinin as case studies». Applied Microbiology and Biotechnology. 100 (3): 1041–1059. ISSN 0175-7598. PMID 26567019. doi:10.1007/s00253-015-7128-6 
  36. ↑ McBride, William D.; El-Osta, Hisham S. (abril de 2002). «Impacts of the Adoption of Genetically Engineered Crops on Farm Financial Performance» (PDF). Journal of Agricultural and Applied Economics. 34 (1): 175–191. ISSN 1074-0708. doi:10.1017/s1074070800002224 
  37. ↑ Joly-Guillou, Marie-Laure; Kempf, Marie; Cavallo, Jean-Didier; Chomarat, Monique; Dubreuil, Luc; Maugein, Jeanne; Muller-Serieys, Claudette; Roussel-Delvallez, Micheline (18 de março de 2010). «Comparative in vitro activity of Meropenem, Imipenem and Piperacillin/tazobactam against 1071 clinical isolates using 2 different methods: a French multicentre study». BMC Infectious Diseases. 10 (1): 72. ISSN 1471-2334. PMC 2845586Acessível livremente. PMID 20298555. doi:10.1186/1471-2334-10-72Acessível livremente 

Leitura adicional[editar | editar código-fonte]

Obtida de "https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Bactérias_geneticamente_modificadas&oldid=64133017"