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História, Ciências, Saúde-Manguinhos

Print version ISSN 0104-5970On-line version ISSN 1678-4758

Hist. cienc. saude-Manguinhos vol.7 no.2 Rio de Janeiro July/Oct. 2000

http://dx.doi.org/10.1590/S0104-59702000000300015 

 

 

 

 

 

Uma tecnologia com múltiplas aplicações

A technology with multiple applications

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Márcia Margis Pinheiro
Liliane Gerhardt
Rogério Margis

Pesquisadores da Universidade Estadual
do Rio de Janeiro (UERJ)
Av. Maracanã, 617 apt. 505 bloco 2
20511-000 Rio de Janeiro — RJ Brasil
margism@biologia.ufrj.br

 

 

PINHEIRO, M. M.; GERHARDT, L.; MARGIS, R.: ‘Uma tecnologia com múltiplas aplicações’. História, Ciências, Saúde — Manguinhos, vol. VII(2), 465-79, jul. out. 2000.

O melhoramento vegetal vem sendo praticado pelo homem há milhares de anos. Entretanto, esse processo de domesticação tornou os vegetais mais susceptíveis a pragas e doenças. O melhoramento clássico permitiu, por cruzamento, a manipulação genética dos vegetais com conseqüente aumento na produtividade agrícola. Recentemente, a tecnologia do DNA recombinante ampliou as possibilidades de integração de genes exógenos ao genoma vegetal, resultando na produção das plantas transgênicas. Apesar das grandes discussões em torno do assunto, essas plantas representam hoje um caminho promissor para o melhoramento vegetal. Inúmeros exemplos de estratégias de transferência de genes conferiram, com sucesso, resistência a herbicidas, vírus, fungos, bactérias e insetos ou produziram um aumento na qualidade dos alimentos. Além das aplicações biotecnológicas, as plantas transgênicas têm contribuído significativamente para o estudo do funcionamento dos genes, tais como a análise da regulação da expressão gênica e o estudo das funções das proteínas codificadas pelos diferentes genes da planta.

PALAVRAS-CHAVE: melhoramento vegetal, organismos geneticamente modificados, plantas transgênicas, resistência a herbicidas, biotecnologia.

 

PINHEIRO, M. M.; GERHARDT, L.; MARGIS, R.: ‘A technology with multiple applications’. História, Ciências, Saúde — Manguinhos, vol. VII(2), 465-79, July-Oct. 2000.

Plant breeding has been a human practice for some thousands of years. However, this process of domestication has made plants more vulnerable to pests and diseases. Classical plant breeding has allowed the genetic manipulation of plants through crossings with a resulting increase in crop productivity. Recently, the recombinant DNA technology has increased the possibilities of integration of exogenous genes to the plant genome, resulting in the production of transgenic plants. Despite the great debate on this issue, such plants represent to date a promising avenue for plant breeding. There are many examples of gene transference strategies which have been successful in promoting resistance to herbicides, viruses, fungi, bacteria and insects, or in producing an increase in food quality. In addition to biotechnological applications, transgenic plants have made a significant contribution to the study of gene functioning, such as the analysis of genic expression regulation and the study of protein functions codified by distinct plant genes.

KEYWORDS: transgenic plants, recombinant DNA, plant breeding.

 

Introdução

     A sociedade vem assistindo a uma grande polêmica que envolve a liberação da comercialização de plantas transgênicas no Brasil. O cidadão comum vê-se diante de termos como "transgênico", "milho Bt" e "soja Roundup Ready", que não são perfeitamente compreendidos nem mesmo por cientistas de áreas não relacionadas à genética. A população entra em estado de alerta contra o que considera um "inimigo da saúde e do meio ambiente". Na verdade, isso resulta de um quase completo desconhecimento do que essas plantas realmente representam.
     A avaliação dos perigos da ingestão direta ou indireta, dos riscos do cultivo e do impacto ambiental das plantas transgênicas depende do conhecimento de suas características comuns, assim como das particularidades de cada uma delas, pois nem todas as plantas transgênicas são produzidas da mesma forma e nem todas carregam as mesmas modificações em seus cromossomos. Qualquer julgamento genérico, a favor ou contra, não fundamentado em estudo caso a caso, será portador de preconceito.
     Este artigo busca apresentar os conceitos pertinentes a essa tecnologia e discutir suas aplicações atuais. Considerando o impacto potencial sobre a agricultura e os benefícios de maneira geral, esperamos que os esclarecimentos contidos nessa pequena revisão possam alimentar discussões proveitosas a respeito da utilização dessa tecnologia em território brasileiro.

Quando uma planta é considerada transgênica?

     Plantas transgênicas são todas as que sofreram um processo de modificação em seus genomas por meio da tecnologia do DNA recombinante (engenharia genética). As modificações genéticas específicas de uma planta transgênica são resultantes de manipulações ex-vivo no DNA e posterior integração desse DNA no genoma vegetal. Essas modificações não aconteceriam sob condições naturais de cruzamentos ou recombinação. As plantas obtidas por esse tipo de manipulação são chamadas "organismos geneticamente modificados" (OGMs). Uma planta cujo genoma não tenha sido modificado por engenharia genética, mas por quaisquer outras técnicas (discutidas adiante), não é considerada um OGM.
     Outro critério fundamental na definição de organismos transgênicos é a estabilidade do gene integrado. Ou seja, os OGMs também devem ser capazes de multiplicar e transmitir, para seus descendentes, o material genético modificado.

Como foram produzidas as plantas utilizadas na agricultura?

     O melhoramento vegetal, buscando obter cultivares mais adaptados às condições adversas do ambiente, vem sendo praticado pelo homem há milhares de anos. Praticamente todos os alimentos de nossa dieta alimentar sofreram algum tipo de manipulação genética.
     Além da engenharia genética, outros métodos podem ser e têm sido empregados para produzir modificações genéticas em organismos vegetais. Podemos citar, por exemplo, o melhoramento clássico e a indução de mutações por meio da exposição de sementes a radiações (ionizantes e não-ionizantes) ou a agente mutagênico de natureza química. O melhoramento clássico está baseado em cruzamento flor a flor e seleção da progênie. Os genes de interesse são fornecidos por espécies ancestrais. Normalmente, esses genes foram perdidos nos cultivares modernos por causa do intenso processo de seleção. Esse tipo de manipulação pode ser gerado também por cruzamentos interespecíficos*. Apesar das modificações generalizadas que essas técnicas mais tradicionais podem ocasionar, nenhuma delas causa tanto impacto quanto a transferência controlada de genes por meio da engenharia genética, por causa do grande poder desta última.
     A obtenção de plantas geneticamente modificadas, por meio das técnicas modernas de transformação genética, constitui uma nova alternativa para o melhoramento vegetal. Por meio dela, genes das mais diversas fontes (vegetais, animais ou mesmo de bactérias e vírus) podem ser transferidos para cultivares de interesse agronômico, já aceitos comercialmente. Por meio da engenharia genética, é possível obter novos cultivares que não poderiam ser obtidos através do melhoramento clássico, pois esse processo não é limitado pelas barreiras que impedem o cruzamento entre as espécies distantes. Essa estratégia permite obter novos cultivares que expressam características de interesse, sem a necessidade de longos períodos de cruzamentos extensivos. Por essa razão, afirma-se que a tecnologia do DNA recombinante amplia os limites do melhoramento clássico.

Como é produzida uma planta transgênica?

     Na transformação genética de plantas, o gene exógeno deve ser integrado de maneira estável no genoma do organismo, em um ou mais loci que seja transcricionalmente ativo. O DNA exógeno é integrado no genoma ao acaso, ou seja, sem uma localização definida. Entretanto, recentemente obtiveram-se progressos na integração direcionada de genes exógenos no genoma vegetal, por meio de recombinação homóloga* (Kempin et alii, 1997).
     Diversos métodos estão disponíveis para transformar geneticamente uma planta, e a escolha de um deles depende da espécie. Normalmente, os métodos baseados na bactéria Agrobacterium tumefaciens são os mais eficientes para transformar dicotiledôneas* (Gelvin, 1998). Essa bactéria é encontrada no solo e tem como mecanismo de infecção a transferência de um fragmento de DNA do seu genoma para a célula vegetal. Uma vez introduzido no genoma vegetal, esse fragmento de DNA bacteriano (T-DNA ou DNA de transferência) passa a dirigir a síntese de hormônios de crescimento. Forma-se um tumor no local de infecção. Utilizando-se a tecnologia do DNA recombinante, é possível manipular o T-DNA e substituir os genes produtores de tumor por outro gene de interesse. Dessa maneira, a infecção resultará na expressão da característica de interesse, e o tumor não será produzido. A inoculação de células ou pequenos fragmentos de tecidos vegetais com a bactéria, contendo o T-DNA modificado, permitirá que essa célula transformada seja regenerada em uma planta completa, graças ao fenômeno de totipotência*. O desenvolvimento de protocolos de regeneração é, portanto, indispensável para a manipulação genética de plantas.
     A infecção bacteriana depende da compatibilidade entre o patógeno e seu hospedeiro. Por essa razão, algumas plantas são recalcitrantes a esse método de transformação (Lacorte e Mansur, 1993). A alternativa para a manipulação genética dessas espécies é a transferência direta de genes por meio de métodos como a eletroporação e o microbombar-deamento.* Já foram obtidas, por métodos diretos, plantas transgênicas de milho, cana-de-açúcar e arroz, entre outras (Christou, 1992).
     Independentemente do método de transformação utilizado, a primeira etapa para se obter a planta modificada requer a disponibilidade do gene que codifica a característica a ser introduzida no vegetal, assim como a porção reguladora do gene ou promotor*, o qual irá determinar os tecidos e as fases do desenvolvimento nos quais o gene será expresso. Dessa maneira, é possível construir genes quiméricos, que contêm promotores diferentes daqueles dos genes originais. Na maioria das plantas transgênicas já obtidas e comercializadas, a característica de interesse é expressa em todos os tecidos, não importa a fase de desenvolvimento em que se encontra o vegetal, graças à utilização de um promotor do vírus do mosaico da couve-flor, o 35S do CaMV. Além do gene de interesse sob o controle de um promotor, o fragmento a ser transferido (construção ou cassete para transformação) deve conter também um gene de seleção ou marcador*. Esse gene irá conferir à planta resistência a um antibiótico ou herbicida, de maneira que somente aquelas que efetivamente receberam o cassete de transformação crescerão em um meio que contém os agentes seletivos específicos.
     Grande número de plantas transgênicas tem sido gerado e submetido a testes de campo em muitos países. Todas essas plantas contêm um gene marcador, que tem sido fonte de muitos questionamentos sobre a segurança — para o ambiente e para o consumidor — das plantas geneticamente modificadas. Recentemente, foram descritas algumas técnicas que visam a retirar o gene marcador, como, por exemplo, a utilização de vetores contendo dois T-DNAs separados para a co-transformação* via A. tumefaciens e segregação dos transformantes livres dos marcadores (Komarit et alii, 1996). No entanto, essas técnicas ainda não foram utilizadas em aplicações comerciais. É preciso ressaltar que elas não podem ser aplicadas para as lenhosas, para as plantas propagadas vegetativamente ou para aquelas estéreis, pois o cruzamento sexual é essencial para segregar o gene marcador seletivo e o gene de interesse.
     Sob condições especiais de cultivo, cada célula transformada poderá ser regenerada em uma planta completa, dando origem a uma linhagem transgênica. Cada linhagem conterá uma ou mais inserções em seu genoma. Esse processo de integração é aleatório, ou seja, cada linhagem terá o transgene integrado em diferentes loci. Isto poderá resultar em uma diversidade no nível de expressão gênica entre as diferentes linhagens. Por isso, diversas análises genéticas, bioquímicas e moleculares devem ser realizadas, antes que uma planta seja liberada para testes em casas de vegetação ou em campo. Essas análises visam confirmar a integração e a expressão do gene, além de selecionar as plantas que não apresentam nenhum tipo de alteração além daquela desejada.

Aplicações das plantas transgênicas
Aplicações biotecnológicas: um caminho para o melhoramento vegetal

     É muito amplo o potencial de utilização das plantas transgênicas, tendo em vista o melhoramento genético. Atualmente, existem inúmeros exemplos de estratégias de transferência de genes que conferiram, com sucesso, resistência a herbicidas, vírus, fungos, bactérias e insetos ou permitiram melhorar a qualidade de alimentos.
     A resistência a herbicidas é uma característica de grande interesse agronômico por causa do uso intensivo desses compostos na agricultura. A produção de plantas capazes de tolerar a exposição a herbicidas pode ser obtida pela introdução de genes que codificam enzimas capazes de degradar ou detoxificar o herbicida em questão. Dependendo do modo de ação do herbicida, outras estratégias podem ser utilizadas. Alguns herbicidas atuam de modo a inativar enzimas vitais do metabolismo vegetal. Nesse caso, é possível produzir plantas que superexpressem a enzima-alvo ou, alternativamente, expressem uma versão alterada desta, de forma a tornar a planta insensível ao herbicida (Freyssinet e Derose, 1994).
     A soja Roundup Ready da multinacional Monsanto é o exemplo mais famoso de modificação genética feita para aumentar a resistência a um herbicida. Nesse caso, foi utilizada a estratégia que visa a expressão de um gene modificado, de modo a produzir uma enzima-alvo insensível ao herbicida glifosato, o qual age como inibidor específico da enzima enolpiruvil-shiquimato-3-fosfatase-sintase (EPSP), que participa da síntese de aminoácidos aromáticos, essenciais às plantas.
     Uma das grandes preocupações em relação à segurança ambiental é a possibilidade de transferência vertical (ou fluxo gênico) do transgene que confere resistência ao herbicida para outras espécies, por meio de eventuais cruzamentos. É necessário levar em consideração qual seria a possibilidade desse tipo de transferência ocorrer. A produção de híbridos interespecíficos, tendo a soja como um dos progenitores, é pouco provável. A soja é uma espécie predominantemente autopoli-nizadora e, além disso, não possui parente silvestre no Brasil. Portanto, não há possibilidade de vir a ocorrer, no ambiente, polinização cruzada da soja transgênica com outras espécies silvestres.
     A produção de plantas resistentes a pragas e doenças é uma prioridade dos programas de melhoramento. Várias estratégias têm sido empregadas, tendo em vista obter plantas transgênicas mais tolerantes a diferentes agentes agressores.
     Um dos exemplos mais conhecidos são as plantas transgênicas que expressam a toxina produzida pelo Bacillus thuringiensis. O B. thuringiensis é uma bactéria gram-positiva que existe no solo, na superfície das plantas e na poeira dos grãos estocados. Durante a esporulação, essa espécie de Bacillus produz cristais paraesporais que consistem de uma ou mais (-endotoxina ou proteína cristal (Cry) de aproximadamente 130kDa. Após a ingestão dessa toxina pelo inseto, os cristais dissolvem-se no ambiente alcalino do intestino deste e liberam as protoxinas, que são subseqüentemente processadas pelas enzimas digestivas, produzindo a toxina ativa. Essa toxina se liga a receptores na membrana das células do epitélio digestivo e insere-se nessas membranas, formando poros que resultam na morte das células epiteliais e, eventualmente, do próprio inseto, por lise osmótica coloidal (Knowles e Dow, 1993). Já foram obtidas diversas espécies vegetais que expressam a toxina Bt e são resistentes a insetos, podendo ser citados o fumo, o tomate, o algodão, a batata e o arroz.
     Outra estratégia para obter plantas resistentes a insetos consiste na superexpressão de proteínas inibidoras de enzimas digestivas. A introdução do gene do inibidor de tripsina de caupi (Vigna unguiculata) em tabaco promoveu proteção contra a praga Heliothis virescens, que ataca o milho e o algodão (Stalker, 1991). Outro exemplo consiste na produção de ervilhas cujas sementes expressam o gene de um inibidor de -amilase. Essa estratégia resultou em sementes resistentes a carunchos, insetos da família Bruchidae (Shade et alii, 1994).
     Na maioria das vezes, as estratégias para produzir plantas transgênicas resistentes a fungos baseiam-se em genes vegetais cujos produtos são capazes de inibir diretamente o crescimento de fungos, como, por exemplo, as quitinases, as glucanases, a osmotina, as lectinas e as tioninas (Cornelissen e Melchers, 1993). Outra possibilidade de obter plantas resistentes a fungos é a superexpressão de genes que codificam enzimas das vias de biossíntese de fitoalexinas, substâncias antibióticas secretadas pelas plantas após exposição a patógenos. A resistência a bactérias pode resultar da expressão de genes que codificam lisozimas, capazes de degradar a parede bacteriana. A origem desses genes pode ser vegetal ou mesmo a partir de bacteriófago (During et alii, 1993).
     Considerável é o número de culturas transgênicas produzidas visando desenvolver resistência à infecção por vírus vegetais (Hadidi et alii, 1998). Foram empregadas diferentes estratégias que, na sua maioria, utilizam seqüências nucleotídicas e a expressão de proteínas do próprio vírus. Para o vírus do enrolamento das folhas da batata (PLRV, Potato LeafRoll Virus), dos anéis necróticos do mamoeiro (PRSV, Papaya RingSpot Virus), entre muitos outros, a superexpressão da proteína da capa do vírus conferiu resistência a variedades transgênicas (Gonsalves e Slightom, 1993). A produção de formas alteradas, da proteína do movimento e da polimerase viral, pode interferir no movimento ou replicação do vírus na planta hospedeira (Baulcombe, 1994). Da mesma forma, processos que desencadeiam o fenômeno de silenciamento gênico pós-transcricional* também integram estratégias para produzir plantas resistentes (Smith, 1998). Como há controvérsias quanto à possibilidade de ocorrer recombinação entre seqüências virais, têm sido desenvolvidas novas estratégias não baseadas no uso de seqüências virais, como o uso de RNAses específicas e de proteínas inibidoras da polimerase viral. Entretanto, estas últimas continuam restritas a plantas-modelo, não tendo sido testadas em escala comercial.
     Uma das grandes aplicações das plantas transgênicas consiste em obter alimentos de melhor qualidade, por serem mais adequados do ponto de vista nutricional ou mais atrativos. Nesse sentido, o controle da maturação de frutos, por meio da tecnologia do RNA anti-senso,* é o exemplo mais conhecido. As plantas de tomate que expressam, por exemplo, o RNA anti-senso do gene da enzima poligalacturonase produzem frutos que permanecem mais firmes durante o armaze-namento. A enzima poligalacturonase está envolvida na solubilização da fração péptica da parede celular, e as plantas anti-senso expressam quantidades reduzidas dessa enzima. Outro exemplo muito conhecido consiste nos tomates que expressam o RNA anti-senso da enzima aminociclopropano-1-carboxilato (ACC), que é chave na biossíntese do hormônio etileno. Esses frutos não amadurecem, a não ser que lhes seja fornecido etileno exógeno (Thelogis, 1994).
     Outra possibilidade é a utilização de plantas transgênicas como "fábricas químicas". Nesse caso, o metabolismo vegetal é canalizado para gerar produtos com aplicações na alimentação ou na indústria farmacêutica. Um exemplo é a modificação no genoma da soja para produzir ácidos graxos desejáveis. As variedades comuns de semente de soja contêm principalmente ácidos graxos poliinsaturados, que se decompõem quando aquecidos. Para aumentar a estabilidade desses ácidos e, conseqüentemente, obter um ponto de fusão mais alto, tem sido utilizada a hidrogenação industrial, gerando ácidos graxos prejudiciais à saúde. A obtenção de sementes de soja que produzem principalmente ácido oléico, monoinsaturado, representa uma saudável aplicação dessa tecnologia. Outro caso de sucesso foi o uso de plantas de soja para produzir os ácidos vernólico e ricinoléico, derivados do ácido oléico, que são usados como endurecedores de tintas e plásticos (Mazur et alii, 1999).
     As plantas transgênicas também podem ser utilizadas para produzir anticorpos e vacinas. Plantas que expressam genes codificadores das cadeias leves e pesadas de imunoglobulinas são capazes de reuni-las corretamente. Demonstra-se assim que as plantas transgênicas representam uma alternativa para a expressão de altos níveis de moléculas complexas, como os anticorpos. A aplicação dessa tecnologia pode ser extremamente vantajosa para produzir anticorpos úteis em imunoterapias (Ma et alii, 1994).
     Recentemente, Mason et alii. (1998) demonstraram que é possível produzir plantas que expressem antígenos capazes de induzir uma resposta imune. Foram produzidas, por exemplo, batatas usadas como "vacinas comestíveis", pois expressam antígenos de E. coli. Essa estratégia está sendo atualmente aplicada na obtenção de bananas, pois estas serão mais facilmente aceitas como "vacinas comestíveis" que batatas cruas.
     Fitorremediação é uma tecnologia eficiente para lidar com grande variedade de contaminantes, como metais pesados, selênio, radionu-cleotídeos e diferentes compostos orgânicos. Métodos biotecnológicos podem ser usados para aumentar a capacidade das plantas para a fitorremediação. Dois tipos de estratégias têm sido utilizados: a primeira consiste em aumentar a eficiência das vias que já existem na planta por meio da superexpressão de enzimas que controlam etapas limitantes do processo; a segunda é a introdução de vias inteiramente novas, pela inserção de genes exógenos (Pilon-Smits e Pilom, 2000). Recentemente, Bizily et alii (2000) introduziram uma via de detoxificação de mercúrio em plantas, as quais demonstraram tolerância aumentada ao mercúrio e converteram formas altamente tóxicas de mercúrio orgânico em mercúrio elementar, menos tóxico. Isto mostra o potencial da engenharia genética para a fitorremediação.

A pesquisa básica: instrumento para a análise da função e da regulação da expressão gênica

     A manipulação genética é um instrumento muito eficiente para a análise dos diversos aspectos do funcionamento dos genes. Esses estudos, de um lado, tentam entender como a expressão dos genes é regulada ao longo do desenvolvimento vegetal e em função das alterações do meio ambiente e, de outro, pretendem elucidar as funções das proteínas codificadas pelos diferentes genes da planta.
     O estudo da regulação dos genes vegetais por meio da utilização das plantas transgênicas consiste na análise do padrão de expressão dos seus promotores. Para tal, em plantas, costuma-se utilizar o gene que codifica a enzima ß-glucuronidase (GUS) como gene repórter* (Jefferson, 1987). Essa enzima é capaz de clivar substratos sintéticos, como o 5-bromo-4-cloro-3-indolyl-ß -D-glucuronídeo (X-gluc) liberando monômeros de indoxyl, que sofrem uma dimerização oxidativa, gerando um precipitado de coloração azul. A seqüência reguladora do gene em estudo pode ser fusionada ao gene gus* e inserida em uma planta via T-DNA. Nesse caso, o gene gus será expresso seguindo o mesmo padrão de desenvolvimento do gene normalmente regulado por esse promotor. A Figura 1 mostra um cassete de transformação de planta contendo uma construção constituída do promotor de uma quitinase vegetal (AtchitIV) fusionado ao gene gus. Essa construção foi transferida para plantas de Arabidopsis thaliana via Agrobacterium tumefaciens. A análise histoquímica de GUS nas plantas transgênicas obtidas permitiu visualizar uma coloração azul onde o gene AtchitIV é normalmente expresso. A Figura 2 mostra flores de uma planta transgênica que foram submetidas à análise histoquímica para detecção da atividade GUS. Foi verificado que o promotor de gene AtchitIV é ativo nas anteras das plantas transgênicas de maneira regulada pelo desenvolvimento. As flores em estágios precoces de desenvolvimento não expressam o gene (Figura 2a), a expressão aumenta num estágio posterior (Figura 2b) e, em seguida, restringe-se somente aos grãos de pólen (Figura 2c).

 

Figura 1 - Representação esquemática de um cassete de transformação de plantas de A. thaliana, contendo gene repórter. Entre as bordas do T-DNA, encontra-se o gene repórter gus sob controle do promotor da quitinase AtchitIV de A. thaliana, assim como o gene de seleção nptII, que confere resistência ao antibiótico canamicina, fusionado ao promotor do gene da nopalina sintase.

 

 

Figura 2 - Localização histoquímica da atividade do gene repórter gus, sob controle do promotor da quitinase AtchitIV, durante o desenvolvimento floral de A. thaliana. (A) No início do desenvolvimento, o gene repórter não se expressa; (B) durante o desenvolvimento floral, verifica-se a expressão do gene gus nas anteras e nos grãos de pólen; (C) em um estágio mais avançado, próximo à deiscência da antera, verifica-se a expressão somente nos grãos de pólen.

     

     Graças à utilização das plantas transgênicas, progrediu muito a compreensão das funções desempenhadas pelos genes vegetais. Essa tecnologia permite construir plantas que expressam níveis alterados do produto do gene em estudo. Em seguida, o fenótipo* dessas plantas pode ser analisado e correlacionado com os níveis de expressão do transgene.
     Duas estratégias podem ser utilizadas para determinar a função de um gene na fisiologia vegetal. A primeira consiste em produzir plantas com expressão aumentada do gene em questão; outra consiste em suprimir, total ou parcialmente, a expressão do mesmo. A superexpressão do gene é possível graças à utilização de promotores fortes, em geral o promotor 35S do vírus do mosaico da couve-flor (CaMV), que em dicotiledôneas* é expresso de maneira constitutiva. A supressão da expressão, por sua vez, pode ser obtida pela expressão de um mRNA complementar ao transcrito do gene endógeno, denominado RNA anti-senso. Isto é possível por meio da clonagem invertida do gene, sob a regulação de um promotor. A planta que expressa essa construção transcreverá o RNA anti-senso, que será o responsável pelo silenciamento ou bloqueio da tradução do RNA senso produzido pelo gene endógeno. A Figura 3 mostra um cassete de transformação de plantas contendo as construções usadas para superexpressar (Figura 3a) e silenciar (Figura 3b) o gene da quitinase de A. thaliana. As plantas transgênicas que contêm essas construções serão analisadas para que se avaliem seu desenvolvimento e suas reações a diferentes agressões do ambiente, como ataque de patógenos, irradiação ultravioleta, choque térmico etc. Assim, as plantas poderão fornecer informações importantes sobre a função que essa proteína desempenha na planta.

 

Figura 3 - Representação esquemática de cassetes utilizados para a superexpressão e supressão da expressão do gene da quitinase AtchitIV em plantas. (A) Cassete para a superexpressão: o gene da quitinase AtchitIV na orientação senso (normal) está fusionado ao promotor 35S do CaMV; (B) cassete para a supressão da expressão: o gene da quitinase na orientação anti-senso (invertida) está fusionado ao promotor 35S. Ambos os cassetes contêm o gene de seleção nptII sob controle do promotor da nopalina sintase.

 

     As Figuras 1 e 3 mostram esquematicamente cassetes de transformação de plantas que contêm os genes de interesse como o gene gus (Figura 1) e as construções senso e anti-senso do gene AtchitIV (Figura 3). Além desses genes, os cassetes representados mostram também o gene marcador, que permitirá selecionar as plantas transgênicas. Nesse caso, foi utilizado o gene nptII fusionado ao promotor constitutivo do gene da nopalina sintase (PNOS). O gene nptII codifica a enzima neomicina fosfotransferase II, que inativa antibióticos aminoglicosídeos, como a canamicina.

Plantas transgênicas atualmente comercializadas

     A área mundial total ocupada por plantações de transgênicos aumentou 44% entre 1998 e 1999, passando de 27,8 para 39,9 milhões de hectares. Sete culturas transgênicas foram cultivadas comercialmente em 12 países em 1999. Três deles — Portugal, Romênia e Ucrânia — cultivaram plantas transgênicas pela primeira vez (James, 1999).
     Os países produtores de plantas transgênicas em 1999 foram: Estados Unidos, com 28,7 milhões de hectares (72% da área global); Argentina, com 6,7 milhões de hectares (17% da área global); China, com trezentos mil hectares (1%); Austrália e África do Sul, com cem mil hectares cada um. Menos de 1% da área cultivada com transgênicos encontra-se no México, na Espanha, na França, em Portugal, na Romênia e na Ucrânia, cada um com menos de cem mil hectares. Portanto, 82% da área global ocupada pelas plantas transgênicas encontram-se nos países desenvolvidos (sendo 74% apenas nos Estados Unidos); os países em desenvolvimento contam com cerca de 18%, sendo que a maior área concentra-se na Argentina.
     As sete culturas transgênicas cultivadas em 1999 foram, em ordem decrescente de área: soja (54%), milho (30%), algodão (9%), canola (9%), batata (<1%), abobrinha (<1%) e mamão (<1%) As principais características manipuladas em plantas transgênicas foram tolerância a herbicida (71%) e resistência a insetos (22%). Em 1999, a soja tolerante a herbicida foi a planta transgênica dominante (54% da área global de transgênicos), seguida pelo milho Bt tolerante a inseto (19%), a canola tolerante a herbicida (9%), o milho tolerante a inseto/herbicida (5%), o algodão tolerante a herbicida (4%), o milho tolerante a herbicida (4%), o algodão Bt (3%) e o algodão tolerante a inseto/herbicida (2%).

Conclusão

     Quando as primeiras plantas transgênicas tornaram-se disponíveis, duas análises independentes, realizadas pela Academia Nacional de Ciências e pelo Conselho de Pesquisa Nacional, ambos dos Estados Unidos, concluíram que não há diferença na segurança e nos riscos entre plantas obtidas pelas tecnologias clássicas e as que resultam das tecnologias novas. Entre os cientistas da área existe consenso de que plantas produzidas pela tecnologia do DNA recombinante são mais seguras que as produzidas por técnicas convencionais. As técnicas moleculares são mais específicas, pois é possível transferir para o vegetal apenas a característica desejável.
     O risco, na realidade, é função primária da característica do produto e não do tipo de tecnologia usada para obtê-lo. Os fenótipos dos organismos são determinados pela expressão dos genes dentro do indivíduo e não pela maneira como eles foram introduzidos. Portanto, se há riscos relacionados à introdução de organismos novos em um determinado hábitat, as plantas transgênicas, assim como aquelas obtidas por outras tecnologias, não podem ser consideradas ecologicamente diferentes apenas por esse parâmetro.
     Algumas questões contra o uso das plantas transgênicas vêm sendo, no entanto, levantadas: o uso de plantas transgênicas que expressam a toxina do Bacillus thuringiensis (Bt) produziu a morte de 50% da população de um inseto não-alvo (lagarta da borboleta Monarca); o pólen de plantas geneticamente modificadas pode ser detectado a vários quilômetros de distância de sua origem, o que pode dificultar a manutenção de culturas livres de transgênicos; os genes marcadores (que normalmente conferem resistência a antibióticos) podem ser transferidos para bactérias.
     Como argumento contrário a essas afirmações, podemos dizer que: na agricultura, é comum a utilização de até cinco pulverizações com pesticidas ao longo do ano, o que resulta na morte indiscriminada de insetos. A utilização de plantas transgênicas expressando o gene Bt, portanto, afeta um número potencialmente menor de insetos não-alvo. Além disso, durante muitos anos os agricultores pulverizaram plantações com a bactéria Bt intacta, a fim de eliminar insetos indesejáveis; parece que as plantas transgênicas consistem em um método mais sensível para definir a distância mínima necessária para se manter a identidade de duas culturas, quando cultivadas próximas uma da outra; ou, então, esse dado é completamente contraditório com o que foi estabelecido há uma década, com o respeito à distância de setenta metros para se manter o isolamento de culturas; a produção de plantas transgênicas livres dos incômodos genes marcadores resolveria a questão da transferência desses genes para bactérias do solo ou do trato digestivo (Trewavas, 1999). Cabe a ressalva de que esses genes, além do uso recente nos processos de seleção de plantas transgênicas, vêm sendo amplamente utilizados em experimentos de transformação de microrganismos há mais de duas décadas.
     Outras questões têm sido levantadas. Muitas são frutos de especulações sem comprovação científica, como, por exemplo, a possibilidade de integração dos genes marcadores no genoma das células epiteliais do intestino. Se isso de fato ocorresse, muitos genes exógenos já teriam sido integrados, visto que a grande maioria do que ingerimos contém genes de diferentes origens. Esse argumento vale também para considerar incorreta a idéia de que os transgenes seriam facilmente transferidos para as bactérias do trato digestivo. Por que apenas os genes das plantas transgênicas seriam transferidos e não os provenientes de outros produtos presentes na dieta? Além disso, nas condições prevalecentes no trato digestivo, a probabilidade de o DNA manter-se intacto para que seja transferido para uma bactéria é muito reduzida e, mesmo que isso eventualmente ocorresse, seria ainda menos provável que esse DNA se expressasse.
     Outro ponto discutido é uma redução na atividade de antibióticos por causa da ingestão de produtos transgênicos que contenham nptII (gene marcador de resistência a antibiótico). Estudos demonstraram que essa hipótese é pouco provável, pois, mesmo que o consumo fosse elevado, o nível dessa enzima seria muito baixo, por causa da rápida atividade proteolítica no trato digestivo (Binsfeld, 2000).
     Com relação às plantas transgênicas já comercializadas, o risco contido em sua utilização para consumo humano ou animal não é significativo. No entanto, cada planta transgênica constitui um caso particular a ser avaliado. As aplicações são ilimitadas. Caberá à comunidade científica, junto com a sociedade, decidir as aplicações e as características a serem manipuladas. Entretanto, a sociedade só estará apta a decidir seus caminhos se estiver suficientemente informada sobre o que significa essa tecnologia.

 

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