A Era do DNA?

Há quem lhe chame o “livro da vida”, o “manual de instruções do corpo”, o “arquétipo do Homem”. De facto, o sequenciamento do DNA humano é por muitos considerado o maior passo científico desde que Neil Amstrong pisou o solo lunar em 1969. Mas, afinal, porquê todo este burburinho em torno do “Projecto de sequenciamento do Genoma Humano” (Human Genome Mapping Project)?

O ser humano está organizado de uma forma altamente hierarquizada: todos nós temos um corpo que é formado por vários sistemas (sistema digestivo, sistema nervoso, circulatório, etc); cada sistema, em si, é formado por vários órgãos (por exemplo, o sistema digestivo é constituído pelo estômago, fígado, etc); cada órgão é formado por vários tipos de tecidos que, por sua vez, são formados por células, as unidades básicas de cada ser vivo. As células são maravilhosas entidades biológicas que se comportam como sofisticadas fábricas que sintetizam, simultaneamente, milhares de moléculas diferentes (Figura 1).

Figura 1

Figura 1: Organização hierárquica dos seres vivos. Este diagrama esquemático parte da estrutura mais complexa, o corpo, até chegar às células, as unidades básicas dos seres vivos. N: núcleo; M: mitocondria; G: aparelho de Golgi; L: lisossomas;
RE: retículo endoplásmico.

Estas moléculas “flutuam” dentro da célula e, de acordo com a sua complexidade, podem ser divididas em moléculas simples (por exemplo, os açúcares, aminoácidos, ácidos gordos), ou em macromoléculas (ácidos nucleicos e proteínas).

Um gene, uma proteína!
As células assemelham-se a pequenos balões de água que contêm compartimentos especializados, tais como o núcleo, as mitocondrias, o retículo endoplásmico, entre outros. Dentro do núcleo encontra-se, armazenado sob a forma de cromossomas (23 pares ou 46 cromossomas), o DNA. O DNA tem a forma de uma dupla hélice, formada por dois colares de pérolas, chamadas bases, de quatro tipos: adenina (A), timina (T), guanina (G) e a citosina (C) (Figura 2).

Figura 2

Figura 2: Ácido desoxirribonucleico. O DNA tem a forma de uma hélice dupla, na qual as duas cadeias de DNA se encontram estabilizadas por ligações ponte-de-hidrogénio entre as bases A e T, e as bases C e G.

São estas as letras do alfabeto genético! No código genético, cada grupo de três letras codifica um aminoácido, um outro tipo de pérola, do qual as proteínas são feitas. O dogma central da Bioquímica estabelece que cada gene codifica uma proteína: a sequência do gene, codificado sob a forma de ácido desoxirribonucleico, ou DNA, é “traduzida” numa espécie intermediária, chamada ácido ribonucleico, ou RNA, que é, então, usado como molde para a produção da proteína. As proteínas são substâncias químicas naturais do corpo e constituem, na verdade, os “soldados” encarregues de levar a cabo todas as funções celulares, sob o comando zeloso do DNA. Este regula todos os processos vitais da célula (tais como a divisão, diferenciação e morte celular), já que contém os genes, os arquétipos das proteínas (Figura 3).

Figura 3

Figura 3: Um gene, uma proteína. Cada “pedacinho de DNA” que codifica uma proteína constitui um gene. A sua sequência é traduzida no mRNA, uma espécie intermediária, que é depois usada como o molde de produção da proteína.

Para quê sequenciar o DNA?
Começamos, então, a vislumbrar a importância e o interesse em sequenciar o DNA, ou o genoma humano: desse modo, podemos determinar a sequência dos genes, sequência essa que contém o código para produzir uma determinada proteína que, por sua vez, é responsável por uma função celular especifica. Por exemplo, a hemoglobina transporta o oxigénio para os pulmões; a insulina degrada as moléculas de açúcar no pâncreas; a miosina faz com que os nossos músculos se movam…

E actualmente sabemos que, pelo menos em alguns casos, basta uma mudança (mutação) numa letra do DNA para causar uma doença: uma mutação numa base pode dar origem a uma mudança de aminoácido, o que por seu turno pode dar origem a uma proteína com uma sequência diferente (resultando, na maioria dos casos, numa proteína com funções alteradas). Hoje, há pelo menos 11.000 doenças de origem genética, tendo já sido identificadas 500 mutações em genes específicos, responsáveis por doenças humanas.

Decifrar o genoma, é como ler um texto sem espaços nem pontuação!
O Projecto Genoma Humano, cujo objectivo é sequenciar essas bases, teve inicio por volta de 1990 e deverá terminar em 2003, dois anos antes da data inicialmente prevista. O projecto é fruto de uma colaboração internacional, que envolve milhares de cientistas, e é financiado pelo sector público e pelo sector privado. Para sequenciar completamente o genoma humano, os cientistas têm hoje ao seu dispor máquinas e computadores rapidíssimos: se apenas fosse “tratada” uma base por minuto, este portentoso empreendimento demoraria aproximadamente 95 anos!

Subsiste uma série de perguntas acerca do genoma humano ainda por responder. O nosso DNA é como uma enciclopédia enorme (3.2 biliões de bases!), onde as características de cada indivíduo estão descritas. Sequenciar as bases do genoma humano, é somente a fase inicial de um projecto que manterá os cientistas ocupados por muitos, muitos anos. É que, na realidade, a sequência do DNA não nos diz muito. Com efeito, olhar apenas para a sequência do genoma em si, seria como tentar ler um texto sem espaços, nem pontuação! Assim, depois de terem em seu poder a sequência do DNA, os cientistas terão que tentar identificar os genes, onde começam e onde acabam, o que, devido à “falta de pontuação”, não é uma tarefa trivial! Para levar a cabo esta empresa, é necessário usar os conhecimentos de Genética e Estatística. Hoje em dia, grande parte da Biologia Molecular depende de programas de computador sofisticadíssimos e não restam dúvidas de que a área da Bioinformática é absolutamente essencial para o Projecto Genoma Humano. Por exemplo, a tríade ATT indica sempre o final de um gene; tal significa que, cada vez que o programa de computador lê ATT, considera aí o final de um gene e começa a ler a sequência do DNA seguinte como um outro gene. Porém (e, na Natureza, há sempre imensos “poréns”, já que nada é tão linear, ou simples.), nem todo o DNA humano é usado pelas nossas células para produzir proteínas. Na verdade, há imenso DNA nos nossos cromossomas que é. lixo! Este “junk DNA” não tem qualquer função identificada até à data e, do ponto de vista do Projecto Genoma Humano, é apenas mais um problema que os cientistas têm de resolver. Para além disso, os genes podem ser interrompidos e, para complicar um pouco mais a situação daqueles que tentam identificar os genes completos, nem sempre os fragmentos do gene estão organizados no polímero de DNA segundo a ordem correcta! Por isso é que decifrar a sequência do DNA é só o inicio. de uma longa jornada científica. Mesmo depois de todos os genes terem sido identificados (e prevê-se que o Genoma Humano seja constituído por aproximadamente 100.000 genes), os cientistas terão também que identificar as suas respectivas funções.

E assim se sequencia o DNA.
Tecnicamente, o sequenciamento do DNA é uma tarefa complexa que é hoje possível graças a três descobertas fundamentais: a engenharia genética, desenvolvida primariamente por Stanley Cohen e Herbert Boyer, que permite transferir um gene de um organismo para outro; a invenção de métodos de sequenciamento do DNA, por Walter Gilbert e Frederick Sanger; uma metodologia inventada por Kary Mullis que permite “fotocopiar” DNA, com alta fidelidade, a partir de quantidades ínfimas, e que é chamado a reacção de polimerase em cadeia (Polymerase Chain Reaction, PCR). Para além destas descobertas e do desenvolvimento de supercomputadores e da Bioinformática, o Projecto Genoma Humano conta ainda com a participação de um pequeno número de voluntários que providenciaram o DNA. Depois de extraídas, as amostras de DNA foram conservadas congeladas a -196 8C, em azoto líquido. Para sequenciar o DNA, os cientistas cortam, com enzimas de restrição, as moléculas de DNA em pontos específicos, em milhares e milhares de fragmentos. As enzimas de restrição são proteínas notáveis, que cortam o DNA só após sequências especificas: por exemplo, a enzima de restrição, chamada EcoRI, corta sempre que detecta a sequência GÃL;˜AATTC (entre o G e o A). Cada fragmento de DNA é, então, clonado e, usando a PCR, amplificado. Em seguida, é tingido com corantes fluorescentes num processo em que cada base vai ser colorida diferentemente. Procede-se à transferência do DNA assim diferenciado para os sequenciadores de DNA, onde os fragmentos são separados, devido a um campo eléctrico, segundo o seu tamanho. Os fragmentos mais pequenos emergem primeiro e são sequencialmente “lidos” por um laser que os reconhece segundo a cor. Esta informação é transvertida para um computador que - por o DNA ter sido seccionado com uma variedade de enzimas de restrição, todas elas diferentes - consegue ordenar os fragmentos de DNA.

E depois?
Em 1998, os cientistas sequenciaram, por inteiro, o primeiro genoma de um organismo complexo, o verme Caernorhabditis elegans. Seguiu-se, em Março de 2000, a determinação do genoma da mosca do vinagre, a Drosophila melanogaster e, se tudo continuar a correr bem, a sequência completa do genoma do Homo sapiens estará completa em 2003. Por muito estranho que pareça, sequenciar os genomas de C. elegans, D. melanogaster e até mesmo o genoma da levedura de cerveja (Saccharomyces cerevisae) não foram meros exercícios intelectuais e “académicos” para os cientistas. Na realidade, um número inacreditável de genes humanos encontram-se conservados numa série de organismos e estes são, por consequência, vulgarmente utilizados como modelos de estudo nos laboratórios de todo o mundo, quais estrelas da Genética!

O Projecto Genoma Humano marca o início do verdadeiro entendimento da Genética Humana. O próximo grande avanço passa pela identificação das funções e variações dos diversos genes. Muitos dos genes já identificados não têm, para já, uma função definida (por outras palavras, a proteína que esse gene codifica é ainda desconhecida), muitos só se encontram nos humanos, e muitos outros podem ser encontrados sob formas distintas em pessoas diferentes (os chamados polimorfismos genéticos). Assim, apesar de nos encontrarmos a viver agora a “Era do Genoma” (ou do DNA), estamos concomitantemente na “Era do Proteoma” (ou seja, a Era das Proteínas). Como já se referiu, tudo no nosso corpo é regido pelas proteínas produzidas através da informação contida no DNA. Se, por um lado, o ambiente desempenha um papel no desenvolvimento de determinadas patologias, por outro, os genes são os responsáveis pelo desenrolar da doença num determinado indivíduo. Por isso, é importante conhecermos as nossas defesas celulares (as proteínas, os nossos “soldadinhos-de-chumbo”), o que as beneficia ou prejudica, para podermos melhorar a nossa qualidade de vida, ao sermos capazes de prevenir e tratar as doenças de formas mais eficazes.

Um sem número de aplicações do mapa genético
Há, potencialmente, um número infinito de aplicações da informação obtida através do Projecto Genoma Humano. Por exemplo, a tarefa de desenvolver uma droga que actue especificamente sob uma proteína envolvida numa determinada doença será bastante facilitada se essa proteína puder ser isolada (isto é, purificada). Possivelmente, só teremos “medicamentos por encomenda” para cada doente daqui a 20, 30 ou mesmo 40 anos mas, com base nos conhecimentos já adquiridos através do Projecto Genoma Humano, é provável que medicamentos melhores e mais específicos comecem a beneficiar pessoas já na próxima década. Outro aspecto, de impacto admissivelmente mais imediato, é o rastreio de indivíduos que possam estar em risco de contrair determinadas doenças. Apesar das muitas críticas feitas a este tipo de pré-diagnose, tais medidas possibilitam adoptar uma relevante série de acções preventivas. Quando o ambiente é um factor determinante na doença, como é o caso das patologias cardiovasculares e diabetes tipo II, tomar medidas preventivas é de importância óbvia. No caso de doenças para as quais ainda não há cura, estas medidas não serão decisivas.

Apesar da expressão “engenharia genética” ser suficiente para iniciar um debate acérrimo mesmo entre “melhores amigos”, o facto é que muitas pessoas que sofrem de doenças gravíssimas poderiam beneficiar imensamente deste tipo de intervenção terapêutica. Na sua essência, a engenharia genética tem como objectivo inserir um gene que produza uma proteína funcional em células incapazes de o fazer devido a uma mutação no DNA de um único gene. É este o caso, por exemplo, da fibrose quística. Apesar de promissora, por variadíssimas razões, a engenharia genética não tem sido fácil de implementar. No entanto, um artigo este ano publicado na revista Science (1), no qual se evidenciava ser possível tratar crianças com “Imunodeficiência Severa Combinada”, relembra os benefícios de uma tal terapia e, com a informação que nos virá a ser fornecida pelo Projecto Genoma Humano, permite-nos sonhar mais uma vez com a palavra “cura”. Infelizmente, é raro encontrar doenças causadas por um único defeito genético, em especial nas do foro oncológico, o que dificulta consideravelmente as perspectivas de cura usando um único tipo de tratamento. Não obstante, a determinação do Genoma Humano - qual mapa de navegação - irá indubitavelmente fornecer-nos meios de diagnóstico mais eficazes e informação acerca do índice de “agressividade” do tumor (por outras palavras, a facilidade com que este se dissipará ou metastizará) e a que drogas de quimioterapia irá reagir melhor (ou seja, quais as drogas mais eficazes na sua eliminação). O perfil genético de cada indivíduo deve fornecer informações preciosas no que concerne à forma como poderá vir a responder a um determinado regime terapêutico. Com o Projecto Genoma Humano, iremos identificar, sem a menor dúvida, mais genes envolvidos em processos oncológicos, ou seja, mais proteínas que, por uma razão ou outra, deixaram de funcionar como estava inicialmente previsto na sequência original do DNA. Será munidos dessa informação que iremos prosseguir uma luta, que se apresenta já longa, contra os diversos tipos de cancro.

Para além das aplicações a nível da Medicina (e note-se que foram tidos em conta apenas meia dúzia de exemplos.), o Projecto Genoma Humano permitir-nos-á determinar, de um modo mais preciso, riscos como os da exposição a vários tipos de radiações, reagentes mutagénicos e toxinas em geral. A nível forense, é evidente que os avanços na tecnologia do DNA nos irão favorecer a identificação, cada vez mais exacta, dos “culpados” e dos “inocentes”; a paternidade (ou, ainda, outras relações de parentesco) de um indivíduo; as vítimas de catástrofes, etc. Podemos antever mudanças ao nível da forma como produziremos alimentos, procurando obter colheitas mais resistentes, mais produtivas, mais nutrientes. Quem sabe se não viremos a comer vegetais que, primeiramente, terão sido tratados com biopesticidas e que, depois, já conterão vacinas?! Os cientistas começaram já a sequenciar os genomas de uma variedade de bactérias; prevê-se a criação de novas fontes de energia, novos monitores de poluição e, possivelmente, a limpeza de resíduos tóxicos de uma forma mais asséptica. O Projecto Genoma Humano irá, inclusivamente, dar-nos a oportunidade de efectuar estudos mais precisos acerca da evolução humana, das migrações e, mais ainda, possibilitar-nos-á relacionar variações genéticas com a idade de uma determinada população e certos eventos históricos!

Uma palavra de optimismo
Acredito vivamente que o Projecto Genoma Humano nos trará benefícios enormes (e que o “génio” saíu já, irrevogavelmente, da garrafa!); mas é inevitável que também levantará uma série de questões éticas, como acontece com grande parte das descobertas cientificas. Por exemplo: diagnósticos pré-natais baseados no conhecimento da sequência do DNA serão provavelmente questionados por aqueles que não concordam com o aborto; o armazenamento da informação genética de cada cidadão alarmará aqueles que vêem esta perspectiva como uma ameaça à privacidade de cada indivíduo. Para quem sofre de doenças congénitas como, designadamente, a hemofilia ou a fibrose quística, tudo isto em que os cientistas hoje se empenham está muitíssimo longe de ser suficiente e apenas parece agudizar um caminho já por si penoso: há luz ao fundo do túnel mas, em termos económicos, burocráticos e éticos, esse túnel parece ser cada vez maior, mais longo, mais.

Ana Paula Costa Pereira
Licenciada e Doutorada em Bioquímica na Universidade de Cork (Irlanda); a efectuar um pós-doutoramento no Imperial Cancer Research Fund, em Londres.

Para saber mais:
http://www.dna.com
http://www.nature.com/genomics/
http://www.sanger.ac.uk/
http://www.nhgri.nih.gov/

Notas:
(1) Cavazzana-Calvo M, Hacein-Bey S, de Saint Basile G, Gross F, Yvon E, Nusbaum P, Selz F, Hue C, Certain S, Casanova J-L, Bousso P, Le Deist F, and Alain Fischer. (2000) Gene Therapy of Human Severe Combined Immunodeficiency (SCID)-X1 Disease. Science 288: 669-672.

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This work is published under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 2.5 License.

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