Quem esteve envolvido no Projeto Genoma Humano

O Projeto Genoma Humano (Human Genome Project, HGP) é uma das maiores façanhas da história da humanidade. Ele é traduzido como um esforço da pesquisa internacional para seqüenciar e mapear todos os genes dos seres humanos, que no seu conjunto é conhecido como genoma. Integrado ao HGP, esforços semelhantes vêm sendo empregados para a caracterização de genomas de vários outros organismos, uma vez que a maioria dos organismos vivos apresenta muitos genes que são similares ou homólogos, ou seja, com funções semelhantes. A identificação das seqüências e das funções dos genes destes organismos se traduz no potencial para explicar a homologia dos genes nos seres humanos, portanto podendo ser usados como modelo animal na pesquisa biomédica.

O material hereditário (genoma) de todos os organismos multi-celulares é a molécula dupla hélice de ácido desoxirribonucléico (DNA – deoxiribonucleic acid), que contém todos os nossos genes.

O HGP, iniciado formalmente em 1990 e projetado para durar 15 anos, tinha como principais objetivos: determinar a ordem, ou seqüência, de todas as bases do nosso DNA genômico; identificar e mapear os genes de todos os 23 pares de cromossomos humanos; armazenar essa informação em bancos de dados, desenvolver ferramentas eficientes para analisar esses dados e desenvolver meios de usar esta informação para estudo da biologia e da medicina.

O HGP começou como uma iniciativa do setor público, tendo a liderança de James Watson, na época chefe dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (NIH). Numerosas escolas, universidades e laboratórios participam do projeto, usando recursos do NIH e Departamento de Energia Norte-americano (DOE).

Com a entrada da iniciativa privada no Projeto Genoma, dando preferência a uma abordagem dirigida apenas aos genes que apresentam interesse para a cura de doenças, o setor público passou a rever seu cronograma e o processo de seqüenciamento foi acelerado. Em fevereiro de 2001, simultaneamente ao anúncio da empresa norte-americana Celera, o PGH anunciou o primeiro esboço contendo a seqüência de 3 bilhões de pares de bases, cerca de 90% quase completos do código genético humano. O número de genes existentes, segundo os cálculos de ambas as equipes de pesquisadores, são pouco mais que 30 mil, significativamente menor do que inicialmente se pensava (50 a 140 mil genes). Os resultados foram publicados em duas revistas diferentes. A revista inglesa Nature publicou o trabalho dos pesquisadores do PGH, liderados por Francis Collins, atual diretor do NHGRI (National Human Genome Research Institute), e a norte-americana Science, o trabalho dos pesquisadores da Celera, liderados pelo cientista Craig Venter. Com previsão para terminar em 2003, dois anos antes do que inicialmente se pensava, Francis Collins chamou a publicação da seqüência quase completa do genoma humano em 2001 como “the end of the beginning” . E explicou em recente artigo do NHGRI: “ A compreensão crítica da expressão gênica, a conexão entre as variações de seqüência e o fenótipo, as interações proteína-proteína em grande escala e a análise global da biologia humana poderão acontecer agora ... Para mim, como médico, o verdadeiro resultado do HGP será a possibilidade de melhorar o diagnóstico, tratamento e prevenção das doenças e a maioria dos benefícios que ainda estão por acontecer para a humanidade. Com esta imensa variedade de dados de seqüências nas mãos, nós estamos aptos para alcançar aqueles propósitos que jamais poderíamos imaginar há alguns anos.” (Francis S. Collins. Genomics: the coming revolution in medicine.pdf; From Global Agenda, the magazine of the World Economic Forum Annual Meeting 2003).

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Ciência Viva: O Genoma Humano

Giselda MK Cabello, MSc. Responsável pelo Projeto Fibrose Cística Laboratório de Genética Humana Departamento de Genética/IOC/FIOCRUZ

Em 2003, o Projeto Genoma Humano fez história ao sequenciar 92% do genoma humano. Mas por quase duas décadas desde então, cientistas lutam para decifrar os 8% restantes.

Agora, uma equipe de quase 100 cientistas do Consórcio Tlomere-to-Telomere (T2T) revelou o genoma humano completo – a primeira vez que foi sequenciado em sua totalidade, dizem os pesquisadores.

“Ter essas informações completas nos permitirá entender melhor como nos formamos como um organismo individual e como variamos não apenas entre outros humanos, mas entre outras espécies”, Evan Eichler, pesquisador do Howard Hughes Medical Institute da Universidade de Washington e líder da pesquisa, disse nesta quinta-feira (31).

A nova pesquisa introduz 400 milhões de letras ao DNA previamente sequenciado – o valor de um cromossomo inteiro.

O genoma completo permitirá aos cientistas analisar como o DNA difere entre as pessoas e se essas variações genéticas desempenham um papel na doença.

A pesquisa, publicada na revista Science nesta quinta-feira, estava anteriormente em pré-impressão, permitindo que outras equipes usassem a sequência em seus próprios estudos.

Até agora, não estava claro o que esses genes desconhecidos codificavam.

“Acontece que esses genes são incrivelmente importantes para a adaptação”, disse Eichner.

“Eles contêm genes de resposta imune que nos ajudam a nos adaptar e sobreviver a infecções, pragas e vírus. Esse genes são muito importantes em termos de previsão de resposta a medicamentos”.

Eichner também disse que alguns dos genes recentemente descobertos são responsáveis ​​por tornar os cérebros humanos maiores do que os de outros primatas, fornecendo informações sobre o que torna os humanos únicos.

Esses 8% restantes do genoma humano deixaram os cientistas perplexos por anos por causa de suas complexidades. Por um lado, continha regiões de DNA com várias repetições, o que tornava difícil juntar o DNA na ordem correta usando métodos de sequenciamento anteriores.

Os pesquisadores se basearam em duas tecnologias de sequenciamento de DNA que surgiram na última década para concretizar este projeto: o método de sequenciamento de DNA Oxford Nanopore, que pode sequenciar até um milhão de letras de DNA de uma só vez, mas com alguns erros, e o sequenciamento de DNA PacBio HiF, método que pode ler 20 mil letras com 99,9% de precisão.

Sequenciar o DNA é como resolver um quebra-cabeça, disse Eichner. Os cientistas devem primeiro quebrar o DNA em partes menores e depois usar máquinas de sequenciamento para juntá-lo na ordem correta.

Ferramentas de sequenciamento anteriores podiam sequenciar apenas pequenas seções de DNA de uma só vez.

Com um quebra-cabeça de 10 mil peças, é difícil organizar corretamente pequenas peças de quebra-cabeça quando elas são parecidas, assim como sequenciar pequenas seções de DNA repetitivo.

Mas com um quebra-cabeça de 500 peças, é muito mais fácil organizar peças maiores – ou, neste caso, segmentos mais longos de DNA.

Um segundo desafio foi encontrar células que continham apenas um genoma.

As células humanas padrão contêm dois conjuntos de DNA, uma cópia materna e uma cópia paterna, mas essa equipe usou DNA de um grupo de células chamado mola hidatiforme completa, que contém uma duplicata do conjunto paterno de DNA.

Uma mola hidatiforme completa é uma complicação rara de uma gravidez causada pelo crescimento anormal de células que se originam da placenta. Essa abordagem simplifica o genoma para que os cientistas precisem sequenciar apenas um conjunto em vez de dois conjuntos de DNA.

Como a equipe de pesquisa usou um conjunto duplicado de DNA, os cientistas não conseguiram sequenciar o cromossomo Y originalmente. De acordo com o principal autor do estudo, Adam Phillippy, a equipe conseguiu sequenciar o cromossomo Y usando um conjunto diferente de células.

Um conjunto completo de 24 cromossomos sequenciados está disponível no navegador do genoma da Universidade de Santa Cruz.

Decodificar essa sequência sem intervalos tem um preço alto. Phillippy, que também é chefe da seção de informática genética do Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, disse que, no conjunto, o projeto custou alguns milhões de dólares ou mais.

Mas isso é uma fração dos quase US$ 450 milhões (R$ 2139 milhões) que custou ao Projeto Genoma Humano para alcançar sua sequência final em 2003. E com a nova tecnologia, o sequenciamento está ficando cada vez mais barato.

Por enquanto, ainda é muito caro e demorado para todos sequenciar seu próprio genoma. Mas está em andamento uma pesquisa que usa esse genoma para identificar se certas diferenças genéticas estão ligadas a cânceres específicos.

Conhecer as variações genéticas também pode permitir que os médicos personalizem melhor os tratamentos, disse Michael Schatz, outro pesquisador da equipe e professor de ciência da computação e biologia na Universidade Johns Hopkins.

Phillippy disse que espera que, nos próximos 10 anos, o sequenciamento dos genomas dos indivíduos possa se tornar um exame médico de rotina que custa menos de US$ 1.000 (aproximadamente R$ 4755). Sua equipe continua trabalhando para esse objetivo.

Charles Rotimi, diretor científico do Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, disse em um comunicado que essa conquista científica está “nos aproximando da medicina individualizada para toda a humanidade”. Rotimi não esteve envolvido na pesquisa.