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O Projecto Genoma Humano

Leonor de Almeida

À semelhança de um código de barras que identifica uma infinidade de produtos, o genoma humano também encerra quase todos os nossos segredos. Este mês foi conseguido um primeiro “rascunho” da sequência nucleotídica completa do ADN.

O PROJECTO GENOMA HUMANO

Iniciado em 1986, o Projecto Genoma Humano (PGH) pretende descobrir a localização dos cerca de trinta a quarenta mil genes humanos, nos 23 pares de cromossomas, ou seja, fazer a sua cartografia. Além disso, ambiciona conhecer a sua composição, tendo como objectivo último ordenar os cerca de 3,2 mil milhões de bases químicas (ver glossário) que compõem todo o nosso ADN, ou seja, o genoma. 
 
Este projecto foi lançado por um consórcio público internacional, dirigido pelo norte-americano James Watson, prémio Nobel da fisiologia e da medicina em 1962. Em co-autoria com Francis Crick e Maurice Wilkins, identificaram a estrutura em dupla hélice do ADN. Em 1993 é Francis Collins, investigador e professor na Universidade do Michigan, em AnnArbor, que passa a dirigir o projecto. Deixa o seu laboratório onde investiga uma doença genética, a fibrose quística, e lança-se no desafio da “corrida” ao conhecimento do genoma humano.

O PGH integra vários centros de investigação nos Estados Unidos, Reino Unido, França, Alemanha e Japão. No princípio, o consórcio investiu na automatização da sequenciação, isto é, foram construídos robots – que constituíram a participação japonesa no projecto – e desenvolvidos programas informáticos e computadores altamente eficientes, para analisar a avalanche de dados que iriam surgir. Inicialmente, o final do projecto estava planeado para 2005 mas, como se vê, está adiantado alguns anos, pois actualmente 95% do genoma já se encontra sequenciado. Em 2003 este projecto deverá ser completado.

O QUE É O GENOMA HUMANO?

Genoma é, na acepção do PGH, o ADN extraído do núcleo de uma das 10E14 células que no nosso organismo apresentam esta estrutura, por exemplo, das células do epitélio bucal. No entanto, um tecido de fácil acesso é o sangue periférico, do qual se utilizam os glóbulos brancos, pois os vermelhos são anucleados (não possuem núcleo).


 
 
 Fig. 1 - O sangue (microscopia electrónica)

 


Fig. 2 – O sangue (microscopia óptica)

Dentro do glóbulo branco, observado em microscopia óptica, é possível ver no centro uma substancia densa corada, que é constituída por ADN muito enrolado em torno de proteínas e ácidos nucleícos, constituindo a cromatina. É, então, este ADN o objecto do estudo do PGH. Trata-se de um esqueleto de moléculas de açúcar e fosfato sempre iguais, às quais se ligam 4 bases azotadas, adenina (A), guanina (G), tiamina (T) e citosina (C). O ADN, em certas fases da vida da célula, apresenta-se distribuído por estruturas muito compactadas - os cromossomas - que nos seres humanos são 23 pares.

 
 
Fig. 3 – Cariotipo humano

Na figura 3 podem observar-se zonas mais escuras e mais claras, correspondendo a zonas mais ou menos compactadas. As escuras são quase inacessíveis às enzimas que vão transcrever o ADN em ARN. São, portanto, zonas que não contêm genes, entendendo-se gene como uma porção de ADN que dá origem a uma proteína (ou mais) e a ARN. Um gene contém um conjunto de bases, que funcionam como um código usado pelos componentes da célula para fabricar as proteínas ou os ARN. Assim, quando se dá instruções ao computador para ele procurar os genes, numa sequência de ADN, ele vai seguindo um código, agrupando pedaços que fazem sentido para dar uma proteína. É o que se observa na figura 4, onde aparece um cromossoma visto em microscopia electrónica, o esquema de um cromossoma com zonas claras e escuras e uma pequeníssima região desse cromossoma, onde se localiza um gene constituído por seis pedaços a vermelho, que se unem para formar um intermediário de ARN - o ARN mensageiro que, depois de modificado, ou seja, de lhe serem retirados certos pedaços, vai dar origem a uma (ou mais ) proteínas.

 
 
 
Fig. 4 – Formação de proteínas a partir das informações genéticas

Mas as “zonas escuras” do ADN, que não contêm genes, às quais Francis Crick chamou “lixo”, têm-se revelado bastante importantes. São porções de sequência com motivos altamente repetidos, representando cerca de 97 a 98% de todo o genoma. Aquilo que parecia um pedaço de ADN vazio de genes, acabou por revelar-se um elemento importante para ajudar a cartografar todo o genoma humano e poderemos vir a descobrir nestas zonas algumas funções reguladoras.

O CONFLITO PÚBLICO / PRIVADO

Após vários anos de investigação, o consórcio internacional colocou à disposição de todos, nomeadamente através da Internet, a sua base de dados. Craig Venter, um dos cientistas do consórcio público, queria patentear todo e qualquer pedaço de ADN cuja sequência determinara. As reacções de James Watson e de outros cientistas foram negativas e levaram Craig Venter a entrar na corrida ao genoma, fundando uma empresa privada, a Celera Genomics. Por um lado, esta entrada em cena de novos “actores” trouxe a vantagem de acelerar o trabalho do consórcio, obrigando-o a apressar-se e a publicar, em Dezembro de 1999, a sequência completa da porção codificante – aquela que contém os genes - do mais pequeno cromossoma, o 22. Em Abril de 2000 anunciou a sequenciação de mais três cromossomas: 5, 16 e 19, e no princípio de Maio divulgou a descodificação do cromossoma 21. 
 
Hoje temos alguns dados divergentes entre os dois grandes “competidores”, que dizem respeito ao número de genes (26000 a 39000 para a Celera e 30000 a 40000 para o consórcio) e ao número de variações individuais na sequência de bases (2,1 milhões para a Celera contra 2,4 milhões para o consórcio). Mas a verdade é que foi uma surpresa o número tão pequeno de genes para tanto “lixo”. A conclusão a que se pode chegar é a de que, por um lado, o lixo não será lixo mas “trastes” ou seja, faz parte daquilo que guardamos no sótão, sem saber para que serve no momento, mas que pode ainda vir a servir. Ora esse enorme conjunto de sequências repetitivas poderá vir a revelar-se de importância na regulação da expressão dos genes, nomeadamente, na produção alternativa de proteínas a partir de uma mesma colecção de “pedaços” de ADN.

CONSEQUÊNCIAS DO PROJECTO DO GENOMA HUMANO

As metodologias que se desenvolveram para o genoma humano foram imediatamente aplicadas a genomas mais pequenos, como o da mosca do vinagre, organismo de utilização clássica nos estudos de genética e que se revelou ser semelhante ao humano em cerca de 70%. Será um óptimo modelo de estudo de funções biológicas comuns à mosca e ao homem. O mesmo acontece para outros genomas mais simples, como o do verme Caenorabditis elegans. No estudo de bactérias, a comparação entre o genoma de estirpes patogénicas e não patogénicas tem mostrado diferenças abissais.

Hoje em dia já não se fala em Genética, mas em genómica e em proteómica. Enquanto a genética abordava o funcionamento do organismo através da alteração de um ou vários genes, e observação do seu efeito na célula, no tecido, no órgão e, por fim, no organismo, a genómica tenta compreender a função da célula, órgão ou animal, interrogando todos (ou a maior parte) dos genes de um tecido, ao mesmo tempo. Assim, constrói os chamados chips, que são microplacas do tamanho de uma moeda, contendo ADN, os genes ou ARN, o produto da expressão dos genes, extraídos de um tecido.

Tomemos como exemplo o músculo. Esta última análise compara o músculo em repouso com o músculo em movimento, por exemplo, por hibridação na microplaca, determinando que, no músculo em movimento, ocorre um aumento da produção de mioglobina e de enzimas da glicólise. No chip, esta alteração é assinalada com uma diferença de intensidade de cores, que é registada e interpretada e são tiradas conclusões sobre a expressão dos genes da mioglobina numa e noutra situação (figura 5). Em paralelo, separa, por electroforese em gel, todas ou quase todas as proteínas do músculo. Observa diferenças e semelhanças na quantidade e qualidade das proteínas presentes. É nisto que se baseia a proteómica. Avança assim no conhecimento da função do órgão, até comparar o órgão são e o doente.

 
 
 
Fig. 5 – Análise da expressão dos genes através de microplacas.

O crescente conhecimento da nossa própria constituição genética põe-nos questões que não são apenas do domínio científico. Cada vez mais dizem respeito à sociedade e ao próprio indivíduo, que terá de enfrentar uma realidade praticamente desconhecida e decidir sobre as oportunidades e os perigos que se nos deparam.


GLOSSÁRIO

. GENÉTICA - disciplina da Biologia que estuda o funcionamento do organismo, através da observação da função dos seus genes na célula, no tecido e no órgão e, por fim, no organismo. Neste momento, e graças aos avanços do PGH, fala-se agora em genómica. A genómica tenta compreender a função de todos os genes, “interrogando” simultaneamente todos, ou a maior parte, dos genes de um tecido. Existe ainda a proteómica, que tenta descobrir a função de todas as proteínas de um tecido ou célula.

. GENE – porção de ADN responsável pela produção das proteínas e outras moléculas (ácidos ribonucleícos - ARN) que constituem as nossas células. O ADN superenrolado em torno de proteínas constitui os cromossomas.

. CROMOSSOMA – estrutura complexa contendo ADN superenrolado à volta de proteínas. Organizam-se em 23 pares, visíveis ao microscópio óptico, apenas numa determinada fase do ciclo de vida da célula.

. ADN – ácido desoxirribonucleico. Uma longa molécula que contém todo o património genético de um organismo, como se de um livro de instruções se tratasse. É este ADN o objecto de estudo do Projecto Genoma Humano. Trata-se de um esqueleto de moléculas de açúcar e fosfato sempre iguais, às quais se ligam bases azotadas indicadas por A, G, T, e C. (adenina, guanina, timina e citosina, respectivamente).

. BASES - constituintes do ADN: moléculas orgânicas azotadas - adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C) - ligadas umas às outras através de um esqueleto de açúcar-fosfato, formando Nucleotídeos .Organizam-se numa escada em caracol, em que o “corrimão” da direita forma uma das cadeias e o da esquerda como que os degraus da escada.

. ARN– ácido ribonucleico. Existem muitos tipos e servem, não só para transportar a informação do ADN para a proteína, como para o fabrico da própria proteína.

. SEQUENCIAÇÃO DE GENES – descobrir a ordem dos nucleotídeos ou bases AGTC que constituem um gene.

. MAPEAMENTO DE GENES - descobrir a localização relativa dos genes nos cromossomas, o que significa fazer a sua cartografia.

. GENÓTIPO – o conjunto de todos os genes de um indivíduo.

. GENOMA HUMANO – todo o ADN existente nas nossas células (no núcleo e no citoplasma).

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