O que é transformação?
No filme de 1986 The Fly , o cientista Seth Brundle criou a criatura Brundlefly depois de acidentalmente misturar seu próprio DNA com o DNA de uma mosca doméstica. Na realidade, a transformação de um organismo não é tão fantástica. Mas os cientistas manipularam a capacidade das células de absorver DNA estranho para fazer coisas incríveis.
A transformação é o desenvolvimento de novos traços genéticos depois de incorporados ao DNA estranho. A transformação ocorre quando as bactérias absorvem DNA do ambiente e, em seguida, convertem os genes codificados pelo DNA em uma proteína ou característica que pode ser observada. As bactérias têm um cromossomo genômico circular, mas algumas bactérias têm DNA extra chamado plasmídeos. O DNA estranho pode ser inserido em um plasmídeo ou no cromossomo genômico.
Por que isso funciona?
Os plasmídeos têm características que permitem que os genes localizados neles sejam copiados e expressos como características. Um promotor é uma sequência que marca o início de um gene e liga as enzimas necessárias para a transcrição , ou conversão de DNA em RNA. Uma vez que a sequência é convertida em RNA, ela pode ser traduzida em uma característica ou proteína. Se o DNA estranho for inserido no cromossomo, ele será copiado e traduzido da mesma forma que qualquer outro gene, desde que esteja próximo a um promotor.
A origem de replicação é outra característica encontrada em plasmídeos. Esta é uma sequência curta de DNA que permite que o DNA do plasmídeo seja copiado. As células copiam seu DNA quando estão prontas para se dividir em duas células ou para fins reprodutivos. Ter uma origem de replicação garante que o plasmídeo será copiado. Independentemente de o DNA estar em um plasmídeo ou integrado ao genoma, o DNA estranho dá à bactéria novos genes. Os novos genes dão à célula bacteriana novas características quando as sequências de DNA são transcritas e traduzidas.
Uma das razões para a resistência aos antibióticos em bactérias que causam doenças humanas é o fato de que as bactérias são capazes de captar DNA de seu ambiente e traduzi-lo em uma nova característica. Pense no intestino humano como uma barra muito legal, onde as bactérias gostam de ficar por causa dos nutrientes gratuitos. Como existem muitas bactérias no intestino humano, é fácil para as bactérias obterem plasmídeos que abrigam resistência aos antibióticos.
Para que uma célula bacteriana se transforme, ela precisa ser competente. Uma célula competente é aquela que tem a capacidade de absorver DNA estranho do ambiente. Existem várias teorias que descrevem como as bactérias se tornam competentes, mas o resultado final de todas elas é que a célula se torna permeável ao DNA. Se a célula não receber os sinais adequados, ela não irá absorver DNA estranho na membrana plasmática.
Como forçar a transformação
As bactérias são as únicas células que passam por transformação natural, então não há necessidade de se preocupar com a transformação de suas células a partir de pedaços aleatórios de DNA no ambiente. No entanto, usando técnicas de biologia molecular, muitas células podem ser transformadas. Os cientistas têm várias técnicas que podem ser usadas para transformar células em laboratório. Cada uma dessas técnicas força a célula a se tornar competente e a assumir o DNA.
Competência Química
Algumas células podem se tornar competentes tratando-as com produtos químicos, como cloreto de cálcio ou magnésio, e aquecendo-as. O DNA entrará na célula através da membrana enfraquecida. O uso de produtos químicos para tornar as células competentes só pode ser usado para transformar organismos unicelulares ou cultura de células.
Eletroporação
Eletroporação é uma técnica que usa um pulso elétrico para forçar as células a absorver o DNA. Como as técnicas químicas, é limitado a células que podem ser cultivadas em laboratório.
Armas genéticas
Também conhecidos como sistemas de entrega de partículas biolísticas, as armas genéticas são ferramentas que usam partículas revestidas de ouro de DNA para entregar mecanicamente DNA estranho ao núcleo, disparando contra a célula. Originalmente, esse método era usado para a modificação genética de plantas, mas também pode ser usado em células em cultura.
A vantagem da arma genética é que ela pode ser usada em organismos inteiros, e não apenas em células em cultura. O uso de armas genéticas em humanos e outros animais ainda é experimental, mas recentemente os cientistas foram capazes de usar uma arma genética para mudar a cor da pele em ratos vivos. O uso de armas genéticas para entregar vacinas de DNA em humanos é promissor. Essas vacinas funcionariam fazendo com que as células transformadas em seu corpo produzissem uma proteína que daria uma resposta imunológica para protegê-lo de uma doença infecciosa. A arma genética é um pouco como o hypospray da série Star Trek. Entrega medicamentos sem o uso de agulhas.
Microinjeção
A técnica de microinjeção de transformação de células usa uma agulha microscópica para introduzir DNA estranho no núcleo. Em organismos multicelulares, incluindo humanos, a microinjeção geralmente é feita logo após a fertilização. Esse procedimento é usado para criar animais geneticamente modificados que podem transmitir uma característica introduzida para a progênie futura, porque o gene estranho estará presente em todas as células do corpo.
Infecção viral
Alguns vírus têm a capacidade de se inserir no genoma das células que infectam. As infecções por HIV e vírus herpes duram a vida da pessoa porque, assim que a pessoa é infectada, os vírus inserem seus genes no genoma da pessoa. Os cientistas modificaram os vírus de forma que eles inserem o DNA desejado. Uma vez inseridas, as células infectadas do organismo contêm uma cópia do gene estranho e as células são consideradas transformadas. Como os outros métodos potenciais de entrega de genes estranhos em humanos, o uso de vírus ainda é experimental.
Resumo da lição
A transformação ocorre quando as células absorvem DNA estranho e expressam os genes codificados nesse DNA. A expressão dos genes dá à célula novas características, literalmente transformando a célula. As bactérias podem sofrer transformação natural, mas as células de outros organismos só podem ser transformadas em laboratório por meio de competência química, choque elétrico, armas genéticas, microinjeção ou infecção viral. A transformação é a ideia por trás da terapia genética humana. Se os cientistas puderem entregar genes saudáveis às células com segurança e eficácia, as células com defeitos genéticos podem ser transformadas em células saudáveis.