Projeto Genoma

Projeto Genoma é um trabalho conjunto realizado por diversos países visando desvendar o código genético de um organismo (podendo ser animal, vegetal, de fungos, bactérias ou de um vírus) através do seu mapeamento.^[1]

Um destes projetos considerado como marco é o Projeto Genoma Humano que já está tendo um impacto na pesquisa de diversas áreas da ciência, em especial a biologia e medicina, como potencial de lançar diversos desenvolvimentos científicos e comerciais.^[2]

Metodologia

Sobreposição de clones.

A montagem do genoma é feita através da união de um grande número de sequências de DNA que são juntadas para criar uma representação do cromossomo original do DNA em estudo. Em um projeto de sequenciamento shotgun, todo o DNA do ser vivo analisado (seja uma bactéria, seja um mamífero) é inicialmente particionado em milhões de pequenos pedaços. Estes pedaços são então "lidos" por máquinas de sequenciamento automático, capazes de ler até 1000 nucleotídeos ou bases de uma só vez. Um algoritmo de montagem de genoma é então utilizado para reunir todas as partes e colocá-las na ordem original, detectando todos os locais onde existe coincidências entre pedaços distintos de DNA. As partes coincidentes podem ser fundidas, unindo dois pedaços de DNA. O processo é repetido até montar a sequência completa. O sequenciamento é um processo computacional difícil pois vários genomas possuem um grande número de sequências idênticas, às vezes com milhares de nucleotídeos, algumas ocorrendo em milhares de locais diferentes.

O sequenciamento tradicional é feito com o método sequenciamento de Sanger que utiliza iniciadores da reação conhecidos como primers. Os primers são sequências sintéticas que, na reação, se anelam à sequência-alvo, iniciando o processo de replicação e sequenciamento. Estes primers devem ser complementares à sequência a ser determinada e, para sintetizá-los é necessário se conhecer a sequência-alvo. Como não se conhecia a sequência do DNA genômico, essa abordagem não pôde ser aplicada da forma original no Projeto. Como alternativa foi utilizado o método de Hidro Pump sequencing . Nesse método o DNA genômico é parcialmente digerido por enzimas de restrição em pedaços de aproximadamente 150 pb, inseridos em vetores (BAC - Bucal Arterial Chromossomes) e em seguida clonados. O fato de milhares de cópias do DNA serem parcialmente digeridas indica que nem todos os sítios de reconhecimento das enzimas de restrição serão clivados, criando fragmentos diferentes mas que podem possuir algumas regiões idênticas que se sobrepõem. Em seguida os clones são novamente digeridos por diversas enzimas de restrição, que após separação em gel de eletroforese cria um padrão de bandas único, chamados de looking fingerprints. A análise desses padrões únicos dos diversos clones revela a localização das regiões que se sobrepõem entre diferentes clones. Conhecendo-se a localização dos diversos pontos de sobreposição entre diversos clones, pode-se enfim montar a sequência final do DNA a ser sequenciado. Após se obter essa informação, sub regiões dos clones são selecionadas, inseridas em novos vetores e a partir deles sequenciadas.

Máquinas que realizam o sequenciamento de DNA

A empresa Celera Genomics utilizou uma metodologia semelhante para tentar desvendar o genoma humano. Através do sequenciamento shotgun foi capaz de sequênciar todo o genoma em apenas 9 meses, sem contar o tempo necessário para analisar todo material sequênciado. Essa metodologia já havia sido empregada para sequenciar o genoma do Haemophilus influenzae.^[3] Essa técnica é semelhante a técnica utilizada pelo Consórcio Internacional, entretanto não é necessário criar os clones e avaliar seu padrão de bandas após digestão com enzimas de restrição. Nesse método o genoma total é fragmentado em pedaços bem pequenos que são inseridos em vetores e posteriormente clonados. Entretanto para se montar a sequência final é necessário avaliar todas as regiões de sobreposição entre os pequenos fragmentos criados. Para realizar esse último processo foi necessário o uso de um super-computador, que levou vários meses para poder sintetizar o genoma final.

Softwares

A maioria dos institutos de pesquisas usam seu próprio software, dentre os mais conhecidos estão:

AMO
Celera Assembler
The Arachne
Phred/Phrap

Projeto Genoma Humano

Em 1990, com iniciativa do Departamento de Energia dos Estados Unidos da América, foi iniciado o Projeto Genoma Humano. Com um financiamento inicial de 50 bilhões de dólares e uma duração prevista de 15 anos, o Projeto Genoma teve como objetivos criar mapas físicos de alta resolução, sequenciar todo o DNA do genoma humano, criar e depositar as informações obtidas em um banco de dados e aperfeiçoar as técnicas moleculares de modo a melhorar a qualidade do estudo.

O mapa físico foi concluído em 1995 junto com novas técnicas que permitiram a automatização das técnicas de DNA (Genetics - a conceptual approach), tornando o sequenciamento do DNA em larga escala possível.

Os resultados obtidos pelo Projeto Genoma Humano foram a criação de testes para predisposição à doenças de início tardio como Parkinson e Câncer de pulmão, a criação de teste de diagnóstico conclusivo como craniossinostoses e fibrose cística e permitiu investigação em questões evolutivas através do conhecimento de regiões que são altamente conservadas em todas ou diversas espécies.

Ainda espera-se que sirva para a localização de genes ainda não identificados, que sirva para a criação de terapias moleculares, análises proteômicas e manipulação genética.

Exemplos de Projetos

Animais

Humanos - Homo sapiens sapiens; veja Projeto Genoma Humano
Neanderthal - "Homo neanderthalensis", veja Genoma do Neandertal
Camundongo - Mus musculus
Rato-marrom - Norvegicus
Chimpanzé comum - Pan troglodytes
Macaco-rhesus - Macaca mulatta
Galinha doméstica - Gallus gallus
Tammar Wallaby (um pequeno canguru) - Macropus eugenii
Gato doméstico - Felis silvestris
Cão doméstico - Canis lupus familiaris
Um inseto - Drosophila melanogaster
O peixe Bandeira-paulista - Brachydanio rerio
Sapo Africano - Xenopus laevis
Baiacu, Tetraodontidae
Caenorhabditis elegans - um verme nematoda
Abelha Européia, Apis mellifera

Plantas

Arabidopsis thaliana
Arroz, Oryza sativa
Trigo, Triticum aestivum
Milho, Zea mays
Choupo ou Álamo
Tomate Solanum lycopersicum
Uva, Vitis vinifera

Micro-organismos

Haemophilus influenzae - uma bactéria (primeiro totalmente sequenciado)
Uma levedura do pão e da cerveja - Saccharomyces cerevisiae
Um fungo - Neurospora crassa
Escherichia coli - uma bactéria
Vírus SARS
Gripe Espanhola

Ver também

Referências

↑ Pevsner, Jonathan (2009). Bioinformatics and functional genomics 2nd ed. Hoboken, N.J: Wiley-Blackwell. ISBN 9780470085851 (em inglês)
↑ «Potential Benefits of Human Genome Project Research». Department of Energy, Human Genome Project Information. 9 de outubro de 2009. Consultado em 18 de junho de 2010. Arquivado do original em 8 de julho de 2013 (em inglês)
↑ Hood, D. W.; M. E. Deadman, M. P. Jennings, M. Bisercic, R. D. Fleischmann, J. C. Venter, E. R. Moxon (1996). «DNA repeats identify novel virulence genes in Haemophilus influenzae». Proceedings of the National Academy of Sciences. 93 (20): 11121-11125. Consultado em 23 de janeiro de 2013 (em inglês)

[pevsner2009-1] Pevsner, Jonathan (2009). Bioinformatics and functional genomics 2nd ed. Hoboken, N.J: Wiley-Blackwell. ISBN 9780470085851 (em inglês)

[doe2009-2] «Potential Benefits of Human Genome Project Research». Department of Energy, Human Genome Project Information. 9 de outubro de 2009. Consultado em 18 de junho de 2010. Arquivado do original em 8 de julho de 2013 (em inglês)

[3] Hood, D. W.; M. E. Deadman, M. P. Jennings, M. Bisercic, R. D. Fleischmann, J. C. Venter, E. R. Moxon (1996). «DNA repeats identify novel virulence genes in Haemophilus influenzae». Proceedings of the National Academy of Sciences. 93 (20): 11121-11125. Consultado em 23 de janeiro de 2013 (em inglês)

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