A edição gênica em culturas de interesse econômico vem avançando cada vez mais e as TIMPs surgiram como uma alternativa aos métodos de melhoramento clássico e biologia molecular, melhorando progressivamente o rendimento agronômico.
Sabemos que hoje em dia a implementação de plantas e organismos geneticamente modificados no campo trazem diversos benefícios aos agricultores, que vão desde a diminuição do uso de pesticidas, por apresentarem características de resistência à pragas e doenças, até o aumento da produtividade agrícola, consequentemente aumentando o lucro do produtor e, mais importante, a qualidade dos alimentos. Muitos avanços foram essenciais para o desenvolvimento da agricultura como é hoje, principalmente por meio da contribuição dos processos de pesquisa e melhoramento vegetal. Nesse quesito, a transgenia possui destaque, se mostrando ser uma grande aliada da agricultura moderna para o desenvolvimento de novas variedades com propriedades sempre em constante aperfeiçoamento. Contudo, esse não é o único método existente para modificações genéticas em plantas. Avanços na ciência e na tecnologia permitiram o surgimento de uma nova geração de mecanismos de melhoramento, coletivamente chamadas Técnicas Inovadoras de Melhoramento de Precisão (TIMPs), do inglês Precision Breeding Innovation (PBI).
TIMPs: A nova engenharia de precisão
As TIMPs abrangem um conjunto de novos métodos e abordagens diferentes das estratégias de engenharia genética clássica e de transformação gênica, pelo fato de seus produtos finais resultantes apresentarem ausência de DNA/RNA recombinante, ou seja, essas técnicas permitem que sejam feitas modificações precisas no material genético de praticamente qualquer organismo, sem a necessidade de realizar a introdução de genes de outras espécies, como ocorre na transgenia por exemplo, não podendo por esse motivo serem considerados como Organismos Geneticamente Modificados (OGM). Assim, recebem o nome de edição gênica ou engenharia de precisão. No Brasil, as TIMPs foram introduzidas pela Comissão Técnica de Biossegurança (CTNBio) e é regulamentada pela Resolução Normativa Nº 16 (RN16), de 15 de Janeiro de 2018, do Ministério da ciência, tecnologia, inovações e comunicações, a qual trata a respeito do avanço dessas ferramentas no mercado nacional e suas expectações. Segundo a RN16, são consideradas TIMPs ferramentas da biologia molecular que podem originar produtos não considerados como um Organismo Geneticamente Modificado (OGM) e seus derivados, podendo resultar:
- Na modificação precisa de genomas, por indução de mutações específicas, criando ou alterando alelos selvagens e/ou mutados sem adição de transgene(s);
- Em regulação epigenética da expressão de genes por ferramentas naturais sem que ocorra modificação genética no indivíduo;
- Na construção de genes heterólogos ou novas cópias de genes homólogos;
- Na formação de alelos com herança autônoma e direcionamento gênico (do inglês gene drive);
- Em infecção permanente ou não do hospedeiro com elementos virais transformados geneticamente;
- Em transformação genética temporária e não herdável de células e tecidos;
- Em controle de expressão gênica com genes de espécies sexualmente compatíveis.
Os mecanismos são utilizados para reconhecer uma dada região alvo no genoma, por meio da utilização de “moléculas guias” que conferem especificidade, sendo capazes de diferenciar ou se ligar a regiões de interesse do genoma, retirando ou adicionando mutações à sequência gênica ou apenas fazendo a inversão de nucleotídeos. Em certos casos é possível efetuar o silenciamento de genes sem ao menos alterar a sequência gênica, apenas por modulação epigenética.
Exemplos de ferramentas de edição gênica
A CTNBio regulamenta hoje várias ferramentas consideradas como técnicas de melhoramento de precisão, assim como combinações entre técnicas tradicionais e TIMPs. Conheça algumas delas:
● Agroinfiltração / Agroinfecção:
O conhecimento preambular das bases moleculares envolvidas no processo de infecção de indivíduos por Agrobacterium spp., permitiu a utilização desta bactéria como vetor natural de transformação genética de vegetais. Essa técnica envolve a infiltração de tecidos somáticos da planta com Agrobacterium sp. ou construções gênicas contendo o gene de interesse, resultando em uma expressão temporária em altos níveis localizada na área infiltrada ou com vetor viral para expressão sistêmica, sem haver herança transmitida às gerações posteriores.
● Tecnologia para Produção de Sementes:
Processo de inserção de genes modificados para restauração de fertilidade em linhagens naturalmente macho-estéreis a fim de se obter a multiplicação dessas linhagens ainda mantendo a condição de macho-esterilidade, portanto sem haver transmissão da modificação para a descendência.
● Mutagênese Direcionada por Oligonucleotídeo:
A Mutação oligo-dirigida é um método dependente de instrumentos de reparo do DNA e que pode ser utilizada principalmente para introduzir mutações pontuais, de um a poucos pares de base, ou para reverter mutações já presentes no indivíduo, podendo causar substituição, inserção ou deleção na sequência gênica através do mecanismo de reparo celular. A ferramenta funciona com a introdução da célula com um oligonucleotídeo sintetizado de forma complementar à sequência alvo, contendo poucas alterações de nucleotídeos, que irá se ligar a um gene endógeno da planta, devido a sua similaridade com a sequência gênica. Porém a ligação não será completa, pois uma pequena porção do oligonucleotídeo é propositalmente incompatível, causando um mal-pareamento (mismatches) capaz de ser reconhecido pela maquinaria de reparo do DNA. Ao identificá-los é realizada a correção da sequência genômica da célula, utilizando outra fita como molde. Estando em grandes quantidades, os fragmentos serão moldes de reparo, induzindo a troca de nucleotídeo na sequência do genoma da planta. Ao final, os fragmentos de DNA sintético são degradados, mas as modificações realizadas são mantidas.
● Metilação do DNA Dependente do RNA:
A metilação do DNA dependente do RNA é uma técnica de epigenética, ou seja, não é necessário alterar a sequência de um gene para inativa-lo. A técnica é realizada através da metilação direcionada por RNAs interferentes (“RNAi”) em regiões promotoras homólogas ao RNAi com o objetivo de inibir a transcrição do gene alvo. A metilação do DNA envolve modificações das ligações covalentes de histonas e nucleotídeos, alterando a estrutura da cromatina do loci homólogo ao RNA-alvo inibindo a expressão gênica de modo reversível ou definitivo.
● Vetor Viral:
É realizada por meio da inoculação do indivíduo com vírus recombinante (DNA ou RNA) atuando como vetor da modificação genética desejada e pela amplificação do gene de interesse através da maquinaria de replicação viral, sem que ocorra modificação do material genético do hospedeiro.
Vantagens da utilização de TIMPs
À luz de novas tecnologias na biologia molecular acerca do melhoramento genético nas áreas agrícolas é de suma importância para o desenvolvimento de alimentos, assim, a utilização das TIMPs traz consigo diversas vantagens. Algumas ferramentas de edição genética podem ser utilizadas conjuntamente com técnicas clássicas já arraigadas como transgenia e melhoramento tradicional. A transgenia pode estar presente, por exemplo, como uma das etapas do processo da TIMP, sendo revertida em passos consecutivos para que não haja material genético inoportuno no produto final, o qual, à vista disso, não será um produto transgênico. Novas variedades são criadas de forma muito mais rápida a partir do melhoramento de precisão do que se comparadas ao melhoramento convencional, já que as TIMPs são realizadas de forma dirigida e não aleatória. Ainda, há técnicas de edição gênica que induzem apenas mutações específicas que em praticamente nada se diferenciam dos produtos do melhoramento convencional. Por esse motivo, plantas geneticamente editadas por TIMPs não são consideradas OGMs obrigatoriamente.
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