É comum ouvirmos que uma pessoa possui determinadas características em virtude da Genética. Entretanto, poucas pessoas sabem o real significado dessa palavra. Que tal aprendermos mais sobre a Genética e sua importância para a ciência? Genética é a parte da Biologia que estuda como ocorre a transmissão das características de uma pessoa à outra ao longo das gerações (hereditariedade). Entender como as características são transmitidas ajuda-nos, por exemplo, a obter plantas mais fortes e resistentes a pragas ou ainda entender a probabilidade de um casal que apresenta uma doença grave passar essa enfermidade para seus filhos. A Genética estuda mais precisamente os genes, que são porções de DNA capazes de produzir uma proteína que será responsável por cada característica. Cada pessoa possui no núcleo de suas células genes responsáveis pela cor do olho, do cabelo e assim por diante. Ao conjunto de genes que cada pessoa possui damos o nome de genoma. As características são passadas por meio dos genes no momento da reprodução. Isso acontece porque, no óvulo e no espermatozoide, encontram-se os genes da mãe e do pai, respectivamente. Sendo assim, quando o espermatozoide entra no óvulo, as informações genéticas do pai e da mãe estão presentes para formar um novo ser (Leia também: Sexo dos bebês). Hoje já é bem entendida a forma como as características são passadas de pai para filho. No passado, no entanto, essa era uma dúvida que muitos pesquisadores possuíam e várias pesquisas eram realizadas para resolver o mistério. Os primeiros estudos em Genética foram realizados por Gregor Mendel no século XIX. Esse importante pesquisador realizou experimentos com ervilhas e concluiu que as características eram herdadas por fatores provenientes da mãe e do pai. Esses fatores, que posteriormente foram chamados de genes, estavam presentes nos gametas (óvulo e espermatozoide) e eram transmitidos na fecundação. A partir do entendimento de como essas características são passadas entre as gerações, muitos avanços foram feitos. É graças à Genética que hoje conseguimos fazer produtos transgênicos, entender o desenvolvimento de alguns tipos de tumores, criar clones, realizar testes de DNA, entre várias outras importantes descobertas.
Genoma é a sequência completa de DNA (ácido desoxirribonucleico) de um organismo, ou seja, o conjunto de todos os genes de um ser vivo. Estudar o genoma é como estudar a anatomia molecular de uma espécie. → O que é gene? O DNA é uma molécula constituída por nucleotídeos que apresenta como função armazenar as informações genéticas na sequência de suas bases nitrogenadas. Os genes são comumente definidos como trechos de DNA que apresentam as informações necessárias para a produção de proteínas. Vale destacar que os genes também incluem sequências de nucleotídeos necessários para a síntese de outros tipos de RNA. → Por que é importante conhecer o genoma de um organismo? Conhecer os genes de uma espécie pode trazer informações valiosas sobre um ser vivo, os processos normais que nele ocorrem e até mesmo os genes que podem desencadear doenças. No caso de seres humanos, testes genéticos que analisam o genoma de um indivíduo podem fornecer informações sobre doenças que ainda não se manifestaram e os possíveis riscos de desenvolvimento da enfermidade. Desse modo, conhecer os genes ajuda no diagnóstico e também na identificação da predisposição genética para certos problemas. Além de encontrar possíveis doenças, conhecer os conjuntos de genes humanos ajuda na criação de medicamentos para diversos grupos de indivíduos, evitando, portanto, reações adversas graves. O conhecimento sobre os genes abre portas ainda para a terapia gênica, em que genes normais são usados para substituir os defeituosos. Vale destacar que conhecer o genoma de outros organismos também é importante, pois fornece respostas para várias perguntas nos diversos campos da ciência. Os genes podem mostrar, por exemplo, o processo evolutivo e ajudar a criar culturas resistentes. → Projeto Genoma Humano O Projeto Genoma Humano iniciou-se em 1990 e tinha como objetivo determinar a sequência de todas as bases do DNA genômico e identificar e mapear os genes distribuídos em nossos 23 pares de cromossomos. Os pesquisadores armazenariam essas informações em bancos de dados e desenvolveriam ferramentas que propiciassem a análise detalhada de cada uma. A princípio, esperava-se que todos esses objetivos fossem alcançados após 15 anos de estudo. Entretanto, com o avanço da tecnologia, o projeto teve suas atividades finalizadas após 13 anos, em 2003. Entre os resultados obtidos no processo, podemos destacar a descoberta dos 3,2 bilhões de nucleotídeos que compõem o genoma humano e a identificação da função de cerca de 50% deles. Também é importante destacar que foi possível concluir que a sequência do genoma humano é 99,9% igual em todos os indivíduos. CURIOSIDADE: O primeiro genoma a ser sequenciado foi o da bactéria Haemophilus influenzae, em 1995. Hoje se conhece o genoma de várias espécies, inclusive o da espécie humana.
A Genética é a área da Biologia responsável pelo estudo da hereditariedade: a transmissão de características de pais para filhos, ao longo das gerações. Muito se especulava acerca desse fato, como a hipótese da pangênese, de Hipócrates; a teoria da pré-formação, defendida por Spallanzani, Leeuwenhoek e diversos outros pesquisadores; e a teoria da epigênese, de Caspar Friedrich Wolff. Entretanto, a figura mais notável no que se diz respeito ao advento dessa ciência, tal como vemos hoje, foi o monge Gregor Mendel que, durante muito tempo, pesquisou o processo de transmissão de caracteres entre diversas gerações de ervilhas (Pisum sativum), e concluiu que este se dava por meio de partículas, ou fatores, encontrados nos gametas. Atualmente reconhecidas como genes, essas “partículas” se encontram nos cromossomos, mais precisamente no DNA. As ideias de Mendel não receberam a devida importância na época, sendo redescobertas mais de quinze anos após a sua morte por três pesquisadores que chegaram às mesmas conclusões que ele, e descobriram que estas não eram inéditas. São eles o holandês Hugo de Vries, o alemão Carl Erich Correns e o austríaco Erich von Tschermark-Seysenegg. Apesar de não reconhecer todos os tipos de herança genética, Mendel representou um marco para essa ciência, uma vez que concluiu determinadas leis da natureza sem ao menos saber da existência dos cromossomos e desconhecer os processos de divisão celular. Além disso, seus estudos foram pontos de partida para se compreender os métodos de se estudar a Genética. Abaixo, alguns conceitos essenciais para o estudo dessa matéria: - Caráter: característica de um indivíduo ou grupo que se deseja analisar, como cor dos pelos, grupo sanguíneo, determinada doença genética, etc. - Genótipo: conjunto de genes do indivíduo. - Fenótipo: manifestação morfológica e/ou funcional do genótipo, associada ao fator ambiental (alimentação, exposição ao sol, etc.). - Geração parental (P): primeira geração de um cruzamento. A primeira geração resultante desse cruzamento é a F1, a segunda, F2, e assim sucessivamente. - Lócus gênico: posição de um gene no cromossomo. - Alelos: dois genes situados no mesmo lócus. - Homozigose: alelos iguais. - Heterozigose: alelos diferentes. - Heredograma: esquema gráfico que, por meio de símbolos, representa os indivíduos e relações de parentesco da família que se deseja estudar. Por Mariana Araguaia Graduada em Biologia Publicado por Mariana Araguaia de Castro Sá Lima
 . O DNA contém regiões que codificam os genes. Os genes controlam o desenvolvimento, o funcionamento e a manutenção das células, sendo responsáveis por expressar características que serão herdadas dos progenitores para seus filhos. Assim, as particularidades de cada organismo são conferidas por seus genes. Enquanto um irmão herda do seu pai o gene que lhe dá a cor azul do olho, o outro herda da sua mãe a cor castanha. E, apesar de um cachorro ser muito diferente de uma aranha, um número surpreendente dos genes encontrados em seus genomas são praticamente os mesmos. Os seres humanos e os camundongos, por exemplo, são espécies muito semelhantes geneticamente, já que 99% dos genes humanos foram mapeados em camundongos. Deste modo, ao mesmo tempo em que os genes explicam as diferenças morfológicas ou funcionais entre as espécies, eles se constituem na base comum que formula essas particularidades. As diferenças entre um organismo e outro se dá pela maneira como os nucleotídeos se distribuem ao longo da molécula de DNA. Cada indivíduo tem uma sequência, que difere significativamente de espécie para espécie – e até mesmo dentro da mesma espécie, já que os seres humanos são 99,9% idênticos (geneticamente falando), uma pequena variação de 0,1% que faz cada um ser único. “Quando falamos em diferenças genéticas, estamos falando somente da composição da sequência de DNA comparada entre duas ou mais espécies. Estamos indicando o número de nucleotídeos que são diferentes entre uma espécie e outra. Outros fatores, como os que envolvem formação e composição das proteínas, silenciamento e ativação diferencial de genes, elementos reguladores do genoma e algumas variações estruturais, não são considerados. Todos esses fatores em conjunto levam à grande diversidade existente e influenciam diretamente nas diferenças morfológicas vistas”, explica Tábita Hünemeier, professora do Instituto de Biologia (IB) da USP. .
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| 1980 – Início da genômica – Primeiros genomas virais, como do Bacteriófago ɸx174. Nascido oficialmente em 1990, o Projeto Genoma Humano objetivava, entre outros aspectos, identificar todos os genes humanos e determinar a sequência dos cerca de 3,2 bilhões de pares de bases que compõem o genoma humano. Uma grande área tem se desenvolvido de modo a aprimorar os tratamentos médicos, a genômica médica, que tem gerado diversos estudos incluindo o controle da expressão gênica, a variação gênica humana e interações entre os genes e o ambiente. Assim, cada vez mais os estudos genômicos rompem fronteiras, impactando diversas áreas do conhecimento, como por exemplo, desde a criação, a evolução e a extinção da vida. Em 2017, pela primeira vez os cientistas sequenciaram o genoma de indivíduos que foram mumificados no Egito antigo. Em 2016, pesquisadores japoneses obtiveram o sequenciamento do genoma de uma das espécies de tartígrado (Ramazzottius varieornatus) – o animal mais resistente do mundo. Em 2012, foi iniciado o projeto genoma da onça-pintada (Panthera onca), um dos mamíferos ameaçados de extinção. E para os próximos anos, importantes pesquisas permearam essa área da genética. |
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O pesquisador cita que o foco principal do grupo é a genômica evolutiva de mamíferos, especialmente carnívoros. “Lideramos o projeto genoma da onça-pintada, que foi o primeiro mamífero silvestre brasileiro a ter o seu genoma sequenciado. Continuamos tralhando neste projeto, agora com foco em genômica populacional, sequenciando genomas completos e parciais de vários indivíduos provenientes de diferentes biomas, a fim de estudar como eles se diferenciaram, quais genes estão envolvidos na adaptação a diferentes ambientes e como este tipo de informação pode ser incorporado em programas de conservação”, explica.
Além da onça-pintada, o professor cita que seu grupo vem estudando os genomas de vários outros felinos brasileiros, como pumas e gatos-do-mato, bem como espécies de outros países, em parceria com os Estados Unidos e outros centros de pesquisa brasileiros. “Estudamos também os genomas de outros carnívoros terrestres brasileiros, como lontras, lobo-guará, cachorro-vinagre e raposas. Além disso, temos um outro projeto com foco em genomas de mamíferos aquáticos, que inclui a baleia-jubarte e lobos-marinhos”, informa.
Os resultados obtidos até agora pelo grupo, especialmente com a onça-pintada, foram bastante relevantes. “Descobrimos evidências genômicas que indicam que a onça teve uma história evolutiva que envolveu hibridação com outras espécies de grandes felinos, especialmente o leão. Descobrimos genes envolvidos em adaptação de espécies de grandes felinos aos seus ambientes (inclusive a onça, com genes bastante interessantes envolvidos no desenvolvimento craniofacial), e agora estamos descobrindo genes envolvidos em adaptação das onças aos diferentes ambientes em que elas vivem, como a Amazônia, o Pantanal etc.”, relata.
Eizirik cita que esses estudos são importantes não só para conhecer a história evolutiva destas espécies, mas também para viabilizar a inserção deste tipo de informação (muito mais completa do que poderia ser obtida anteriormente, com marcadores moleculares tradicionais) no planejamento de estratégias para a conservação da biodiversidade.
“A genômica da conservação está crescendo muito em nível mundial, e é importante que o Brasil possa se inserir nesse contexto da forma mais rápida e eficiente possível. Esperamos que os nossos estudos, bem como os de outros colegas brasileiros, possam contribuir para isso, do ponto de vista do desenvolvimento científico nacional, em uma área de fronteira e de rápida transformação tecnológica”, pondera.
Eizirik reforça que as ferramentas ômicas são fundamentais e seguirão expandindo suas aplicabilidades nos próximos anos em todas as áreas da biologia, bem como em diversos outros campos do conhecimento. “É crucial que o Brasil invista mais nessas áreas, especialmente em capacitação de recursos humanos para diferentes aspectos de bioinformática, para viabilizar que o nosso país tenha massa crítica capaz de lidar com a avalanche de dados complexos produzidos com essas tecnologias.”
Dentro desse contexto, o cientista destaca o papel do Centro de Genômica Funcional Aplicada à Agropecuária e Agroenergia, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) da USP em Piracicaba, coordenado pelo professor Luiz Lehmann Coutinho.
“Considero muito importante a existência desse tipo de centro no País. Em nosso projeto com a onça, sequenciamos uma biblioteca genômica e algumas transcriptômicas nesse centro, que foi parceiro no estudo desde o início. Continuamos trabalhando em parceria, realizando sequenciamento genômico de algumas espécies de felinos, bem como geração de outros tipos de marcadores em escala genômica, a partir de genotipagem por sequenciamento.”
Leia mais: Laboratório da USP traz metodologias ômicas para pesquisas e empresas
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Os desafios agora são outros
Atualmente, o sequenciamento do genoma humano é considerado a parte fácil do trabalho. Enquanto o custo do primeiro genoma humano foi de quase três bilhões de dólares, hoje já é possível obtê-lo por menos de mil dólares. A parte difícil do trabalho é como desvendar o significado de uma sequência de DNA, um grande desafio para os cientistas, que encontram muita informação, a ponto de não saber o que fazer com ela. Afinal, são milhões de letras que contam sobre a vida de um organismo. Mas as histórias escritas por essas letras não são simples de serem decifradas.
O sequenciamento de um DNA é só uma ponta do iceberg. Após sua obtenção, são necessárias análises computacionais árduas para identificar quais trechos da sequência correspondem a genes, comparar a sequência com indivíduos da mesma espécie e de espécies diferentes etc.
Para a obtenção dessas informações, dentro da genética, há o mundo das “ômicas”, como a genômica, ciência que estuda o genoma de uma espécie a partir da obtenção da sua sequência, com o objetivo de entender a sua estrutura, organização e função. Além disso, há a transcriptômica, que analisa as moléculas de RNA; a proteômica, que estuda as proteínas formadas pela expressão gênica; a metabolômica, que estuda as pequenas moléculas orgânicas etc.
A integração de todas essas ferramentas tem permitido resultados muito promissores. “A genética tem passado por várias revoluções nas últimas décadas, que foram intensificadas nos últimos 10 anos. A meu ver, a grande revolução em relação à genética médica é o Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR, na sigla em inglês) – que consiste em uma técnica capaz de editar o genoma de uma determinada espécie –, pois pela primeira vez temos a oportunidade de reverter os fenótipos afetados pela edição direta das regiões que contém mutações patogênicas. Nesse contexto acho que teremos ainda mais avanços, e com eles surgirão discussões éticas a respeito dos limites para o uso dessa nova técnica”, reflete Tábita.
A professora também destaca que alguns países já estão em vias de mapear genomas completos de toda sua população, com o objetivo de usar essas informações para usos médicos, forenses e de identificação individual. “Pessoalmente, isso me causa um certo desconforto, pois me parece um controle exagerado do estado sobre a vida privada”, analisa.
Assim, qual seria o maior desafio dos estudos genômicos? A grande quantidade de informação a ser manipulada ou a incerteza dos desdobramentos, principalmente éticos, que esses estudos já estão causando no presente e poderão causar no futuro? Tábita diz que são justamente esses dois pontos somados: “Como manipular um novo mundo de informações garantindo que isso seja realizado de maneira ética. Ao mesmo tempo que novas técnicas são criadas, e novas informações são geradas, surgem também novos desafios éticos com os quais precisamos lidar”, analisa a cientista.
Eizirik também acredita que são ambos os desafios. “O primeiro do ponto de vista técnico. Os dados genômicos poderão ser o exemplo mais extremo de big data, e irão requerer novas soluções em termos de infraestrutura computacional, algoritmos de análise, métodos de integração de áreas, entre outros. Já o segundo aspecto, ético, com certeza representa um grande desafio, especialmente tendo em vista as possibilidades que já se descortinam em termos da manipulação da informação e criação de seres vivos com genomas modificados. O debate sobre esses temas é uma prioridade desde já”, finaliza.
Tássia Oliveira Biazon, especial para o Jornal da USP
*Bióloga pela Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus Botucatu, com dupla diplomação pela Universidade de Coimbra (UC), Portugal e pós-graduada em jornalismo científico na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Atualmente desenvolve um projeto de divulgação científica do Laboratório Multiusuários Centralizado em Genômica Funcional Aplicada à Agropecuária e Agroenergia, financiado pela bolsa Mídia Ciência da Fapesp, sob a orientação do professor Luiz Lehmann Coutinho.
