Como os OGM podem salvar a civilização (e provavelmente já o fizeram)

Um post convidado pelo Dr. Michael Eisen, Ph.D., Professor de Biologia Molecular e Celular na UC Berkeley

Uma longa história de modificação genética

Os seres humanos começaram a coletar e cultivar grãos, frutas e raízes comestíveis e a encurralar animais silvestres em busca de carne, leite e bens materiais há milhares de anos. Desde então, moldamos essas plantas e animais para atender às nossas necessidades e desejos. Compare o milho ao seu ancestral, o teosinte, o gado e os auroques dos quais eles derivam - ou qualquer outra cultura e gado em que confiamos aos seus parentes selvagens - e você encontrará a notável história da agricultura humana e o poder transformador dos recursos artificiais. seleção.

O sucesso que nossos ancestrais tiveram na criação da cornucópia moderna de plantas e animais domesticados é ainda mais notável por sua quase completa falta de compreensão de onde vêm as novas características ou como elas passam de uma geração para a seguinte. Eles não sabiam que todas as características que favoreciam surgiam através de uma ou mais alterações aleatórias - mutações - no código genético de uma espécie, passadas dos pais aos filhos em forma de DNA.

Invisível para os agricultores, pastores, padeiros e cervejeiros cujas ações alteraram drasticamente a aparência, o sabor, o crescimento e o comportamento de plantas e animais domesticados, milhares de anos de seleção artificial provocaram uma transformação ainda mais surpreendente na composição genética dessas espécies. Até milhões de mudanças únicas nas letras do código genético - junto com ganhos, perdas, duplicações e reorganização de genes individuais, e às vezes grandes mudanças nas estruturas de cromossomos inteiros - agora separam as colheitas e os animais domésticos nos quais confiamos como alimento de seus ancestrais. A intervenção humana alterou tanto o curso da evolução que os biólogos consideram muitos organismos domesticados como espécies inteiramente novas de nossa própria criação.

Assim, tanto quanto a história humana é a história da agricultura, é também a história da modificação genética de plantas, animais e micróbios - que permitiu à humanidade superar os inúmeros obstáculos que enfrentaram ao longo dos milênios. É seguro dizer que, sem modificação genética sistêmica de culturas e gado, a civilização não existiria.

A humanidade agora enfrenta um novo e assustador conjunto de desafios, com a agricultura mais uma vez no centro. Temos que alimentar uma população crescente, mas os agricultores e suas culturas lutam para se adaptar a temperaturas mais quentes e padrões climáticos alterados. E o gado, um pilar do nosso sistema alimentar por milênios, é o principal culpado pelas mudanças climáticas, escassez de água, perdas de biodiversidade e degradação e destruição maciça de florestas e outros ecossistemas - obrigando-nos a mudar rapidamente para uma dieta predominantemente baseada em plantas.

Para enfrentar esses desafios, precisamos empregar todas as ferramentas tecnológicas à nossa disposição. Isso inclui nossa compreensão amplamente aprimorada dos mecanismos de hereditariedade e da base molecular para características que nos interessam, e novas ferramentas poderosas que nos permitem modificar o DNA para gerar características valiosas específicas, em vez de esperar que elas sejam entregues aleatoriamente. ventos de mutação.

Mas o processo de modificação genética, essencial para o progresso da agricultura ao longo da história, tornou-se controverso. Como geneticista que usa ferramentas modernas para modificar o DNA diariamente em minha pesquisa e que ensina sobre esses métodos e os problemas que os cercam, receio que os medos equivocados sobre seu uso na agricultura dificultem nossos esforços para enfrentar as mudanças climáticas, alimentos insegurança e degradação do nosso ambiente natural.

Da modificação genética aleatória à controlada

Criar novos genomas por criação seletiva deliberada é um esforço humano antigo, mas os recentes avanços na biologia molecular tornaram o processo mais preciso, focado, previsível, eficaz e seguro.

Primeiro, não precisamos mais confiar em mutações aleatórias (o produto de erros que ocorrem ao copiar e transmitir material genético entre gerações) como fonte de novos traços benéficos. Em vez disso, podemos editar genomas da mesma maneira que você usa um processador de texto, aprimorando o DNA uma letra por vez ou cortando, copiando e colando dentro ou entre espécies, mais ou menos à vontade.

Em segundo lugar, com nossa compreensão cada vez melhor da base genética de características importantes em plantas e animais, e ferramentas poderosas para entender as conseqüências das mudanças nos níveis molecular e fisiológico, podemos realmente ser muito mais conservadores e precisos com as modificações que introduzir.

Os críticos da engenharia genética retratam os cientistas agrícolas contemporâneos como brincando de Deus - mexendo com a natureza de maneiras perigosas, com consequências desconhecidas. Mas, na realidade, o nível de controle dessas novas ferramentas nos demonstra que nossos ancestrais estavam jogando um jogo imprevisível de roleta genética. Toda vez que fazendeiros e fazendeiros de antigamente criavam uma planta ou animal dentre os animais domesticados ou os cruzavam com variedades selvagens, criavam um genoma inteiramente novo para o planeta. Esses OGMs criados aleatoriamente diferiam daqueles que os precederam de maneiras muito maiores e com consequências muito menos previsíveis do que os criados pela engenharia genética moderna e deliberada. Eles então introduziram os resultados desses experimentos genéticos descontrolados no suprimento de alimentos, cegos às conseqüências e sem supervisão.

Por outro lado, os organismos geneticamente modificados de hoje são incrivelmente modestos. Elas envolvem mudanças menores, mais cuidadosamente consideradas, controladas e conservadoras no DNA do que nunca antes na história humana.

Isso não significa que o processo seja perfeito.

Temos um entendimento incompleto da biologia e, mesmo que mudanças deliberadas e precisas possam ter conseqüências não intencionais ou, mais frequentemente, simplesmente falhar em produzir os efeitos positivos desejados. Mas, dada a necessidade premente de continuar melhorando as espécies de alimentos, precisamos nutrir dez bilhões de pessoas - minimizando o impacto da agricultura no nosso clima - aproveitando ao máximo os benefícios de nosso repertório moderno de técnicas genéticas. O que importa não é como criamos organismos com novos genomas, mas o que criamos e como isso beneficiará a humanidade.

Micróbios de engenharia em medicina e alimentos

Embora a modificação genética moderna para usos industriais (em oposição à pesquisa) seja mais conhecida nas plantas, ela começou em micróbios, onde quase imediatamente fez contribuições transformadoras e que salvam vidas à medicina.

Três milhões de americanos têm diabetes tipo 1, uma doença na qual seus corpos param de produzir o hormônio essencial insulina. O diabetes tipo 1 foi fatal até o início dos anos 1900, quando pesquisadores canadenses mostraram que ele podia ser administrado com injeção diária de insulina purificada de porcos. Embora mantivesse as pessoas vivas, a insulina de porco não era um substituto perfeito para o seu homólogo humano e muitas vezes levava a reações imunológicas.

No final da década de 1970, pesquisadores de uma pequena startup de biotecnologia da Califórnia conseguiram projetar uma cepa da bactéria E. coli que carregava o gene humano da insulina, permitindo que eles o produzissem para injeção por diabéticos. Esta insulina humana recombinante é mais segura, mais confiável e mais eficaz que a insulina de porco e teve um enorme impacto positivo na vida de mais de 100.000 crianças e adolescentes diagnosticados com diabetes tipo 1 todos os anos. Dezenas de medicamentos e vacinas que salvam vidas - usados ​​para prevenir ou tratar ataques cardíacos, câncer, artrite e infecções graves - agora são produzidos por bactérias e leveduras geneticamente modificadas.

O mesmo processo está sendo cada vez mais usado para produzir proteínas usadas em alimentos. O exemplo mais notável é a quimosina, a enzima usada para coalhar o leite para a produção de queijo. A quimosina é encontrada no estômago de mamíferos bebês, onde sua atividade de coagulação facilita a extração de nutrientes do leite de suas mães. Os queijeiros tradicionalmente obtinham quimosina em coalho, uma preparação de leite coalhado retirado do estômago de bezerros abatidos. Mas a crescente demanda por queijo criou a necessidade de uma substituição mais segura, mais consistente e econômica do coalho.

Há mais de 25 anos, inspirados pelo sucesso da insulina recombinante, os cientistas europeus introduziram um gene que codifica a quimiosina bovina nas células de levedura, o que permite que a levedura produza quimiosina que pode ser extraída e purificada para uso em queijo. A quimosina produzida por fermentação (FPC) foi a primeira proteína recombinante aprovada para uso em alimentos pela Food and Drug Administration dos EUA. Hoje, cerca de 50% do queijo produzido em todo o mundo é produzido com FPC em vez de uma proteína extraída do estômago de bezerros, e o mundo está em melhor situação.

Do Queijo à Carne

Há vários anos, a Impossible Foods, uma empresa que aconselho desde o seu lançamento, enfrentou um desafio semelhante. A Impossible Foods foi fundada para lidar com as mudanças climáticas, eliminando a necessidade de agricultura animal, a atividade humana mais destrutiva ao meio ambiente e uma das principais fontes de gases de efeito estufa que impulsionam o aquecimento global. Sua missão é substituir os animais como uma tecnologia alimentar, identificando ingredientes de plantas que podem ser usadas para recriar as complexas texturas, sabores e aparência de carne, peixe, laticínios, ovos e outros alimentos que tradicionalmente recebemos dos animais.

Seu primeiro produto, o hambúrguer impossível, é feito quase inteiramente de culturas comuns: trigo, milho, soja, coco e batatas. Mas um ingrediente chave, heme, a molécula que dá à carne seu sabor sangrento quando cru e cria sabores e aromas intensos e carnudos quando é cozido, não é tão fácil de obter. A principal fonte de heme na carne é a proteína mioglobina. Acontece que a soja produz uma proteína funcionalmente idêntica conhecida como leghemoglobina. Infelizmente, é feito nas raízes, e desenterrar raízes de soja é difícil, caro e terrível para o solo.

Então, em vez disso, os cientistas da Impossible Foods projetaram um tipo de levedura para produzir a legemoglobina da soja. Assim como a quimosina, eles cultivam esse fermento em fermentadores como os encontrados em uma cervejaria, mas em vez de fazer cerveja, eles recebem muita legemoglobina e podem produzi-la a um custo que lhes permite vender hambúrgueres a um preço competitivo.

Agora, se você não gosta de engenharia genética, pode argumentar que não precisamos de carnes à base de plantas. As pessoas podem (e muitas o fazem) levar vidas perfeitamente saudáveis ​​e felizes comendo outros alimentos à base de plantas. No entanto, a carne - em suas diversas formas - é parte integrante da dieta global e, mesmo quando as pessoas percebem o impacto ambiental da carne, o consumo global continua aumentando, e não diminuindo.

O fornecimento de alternativas à carne animal feita a partir de plantas, e que são igualmente atraentes para os consumidores, reduziria drasticamente o aquecimento global e reduziria os outros impactos ambientais negativos da criação de animais. Mas para fazer isso, você precisa de muito heme; e para obter o heme, você precisa de engenharia genética.

Como hambúrgueres impossíveis feitos com legemoglobina geram 87% menos gases de efeito estufa, exigem 95% menos terra e usam 75% menos água para produzir do que hambúrgueres de vacas, seria totalmente irresponsável para o planeta e seu povo não seguir esse caminho.

Engenharia genética para um planeta saudável

Embora eu acredite que a maioria dos medos dos OGM existentes seja extraviada, entendo que as pessoas têm perguntas e preocupações sobre OGM. Novas ferramentas que tornam o processo mais eficiente e preciso também o tornam mais poderoso. E mesmo para cientistas como eu, que manipulam DNA todos os dias, há algo de inspirador na nossa capacidade de projetar a vida.

Os seres humanos têm uma longa história de aproveitar as oportunidades oferecidas por novas tecnologias poderosas para melhorar nossas vidas, mas alguns também as usaram de forma irresponsável. Em um mundo governado pela busca de lucros, há muitos exemplos de pessoas que usam tecnologias para enriquecer-se às custas da saúde e segurança das pessoas e do planeta. Os cientistas não podem dizer alegremente: "Não se preocupe. Confie em nós."

Existem riscos associados ao uso ou uso indevido de qualquer tecnologia e a engenharia genética não é exceção. Mas, diante das ameaças existenciais das mudanças climáticas, da destruição de nosso mundo natural e do aumento da insegurança alimentar e nutricional, os riscos de rejeitar gratuitamente os avanços da biotecnologia moderna são muito, muito maiores.

Temos que ganhar a confiança do público em geral para que isso funcione. Começa com transparência - explicando exatamente o que estamos fazendo e por quê. Exige um compromisso de todos os cientistas e organizações que usam a biotecnologia para se perguntar se estamos adotando a abordagem correta. E isso requer educação, escuta e envolvimento com os críticos.

Seis anos atrás, concordei em servir como consultor científico da Impossible Foods porque acredito em sua missão. Inovar como cultivamos e produzimos alimentos é uma das melhores maneiras para os cientistas ajudarem a resolver os desafios que enfrentamos hoje. A Impossible Foods é um modelo de como a biotecnologia pode ser usada com responsabilidade, em benefício do planeta e de seu povo.

Confira os locais que servem o Burger impossível e nossas perguntas frequentes para obter mais informações. Mais perguntas? Contate-nos em hello@impossiblefoods.com.

O Dr. Michael Eisen é Professor de Biologia Molecular e Celular na UC Berkeley, Investigador do Instituto Médico Howard Hughes e co-fundador da Biblioteca Pública de Ciências. Ele é consultor da Impossible Foods e é acionista da empresa. Ele é bacharel em direito. em matemática e doutorado. em biofísica, ambos da Universidade de Harvard. Ele foi pós-doutorado de 1996 a 2000 no laboratório da Universidade de Stanford de Patrick O. Brown, CEO e fundador da Impossible Foods. Desde 2000, o Dr. Eisen trabalha na faculdade da UC Berkeley, onde ensina genética e administra um laboratório de pesquisa estudando como os genomas animais codificam padrões espaciais de expressão gênica durante o desenvolvimento.