Projeto Genoma Humano

O Projecto Genoma Humano (PGH) teve por objetivo o mapeamento do genoma humano, e a identificação de todos os nucleótidos que o compõem. Consistiu num esforço mundial para se decifrar o genoma. Após a iniciativa do National Institutes of Health (NIH) estadunidense, centenas de laboratórios de todo o mundo se uniram à tarefa de sequenciar, um a um, os genes que codificam as proteínas do corpo humano e também aquelas sequências de DNA que não são genes. Laboratórios de países em desenvolvimento também participaram do empreendimento com o objectivo de formar mão-de-obra qualificada em genómica.

Para o sequenciamento de um gene, é necessário que ele seja antes amplificado numa reacção em cadeia da polimerase, e então clonado em bactérias. Após a obtenção de quantidade suficiente de DNA, executa-se uma nova reação em cadeia, desta vez utilizando didesoxirribonucleotídeos marcados com fluoróforos para a determinação da sequência.

O projecto foi fundado em 1990, com um financiamento de 3 milhões de dólares do Departamento de Energia dos Estados Unidos e dos Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos, e tinha um prazo previsto de 15 anos. Devido à grande cooperação da comunidade científica internacional, associada aos avanços no campo da bioinformática e das tecnologias de informação, um primeiro esboço do genoma foi anunciado em 26 de Junho de 2000, dois anos antes do previsto.

Em 14 de Abril de 2003, um comunicado de imprensa conjunto anunciou que o projecto foi concluído com sucesso, com a sequenciação de 99% do genoma humano, com uma precisão de 99,99%.

Os trabalhos do projecto foram dados como concluídos em 2003. Com a tecnologia da época, estimou-se que todos os genes (em torno de 25.000) haviam sido sequenciados. Deve-se lembrar que nem todo o DNA humano foi sequenciado. Estimativas actuais concluem que apenas cerca de 2% do material genético humano é composto de genes, enquanto que a maior parte parece não conter instruções para a formação de proteínas, e existe provavelmente por razões estruturais. Muito pouco dessa maior parte do material genético tem sua sequência conhecida.

Por limitações tecnológicas, partes do DNA que possuem muitas repetições de bases nitrogenadas também ainda não foram totalmente sequenciadas. Essas partes incluem, por exemplo, os centrómeros e os telómeros dos cromossomas.

De todos os genes que tiveram sua sequência determinada, aproximadamente 50% codificam para proteínas de função conhecida.

Apesar dessas lacunas, a conclusão do genoma já está facilitando o desenvolvimento de fármacos muito mais potentes, assim como a compreensão de diversas doenças genéticas humanas.

História

O Projecto Genoma Humano é um consórcio internacional, composto pelos Estados Unidos, Europa e Japão, que tem por objectivo mapear todos os genes da espécie humana até o ano de 2025. Em 1990, o Projeto Genoma Humano tinha o envolvimento de mais de 5000 cientistas, de 250 diferentes laboratórios, que contavam com um orçamento, que segundo diferentes fontes, varia de US$ 3 biliões a US$ 53 bilhões.

Os seus objetivos na área da saúde são:

• a melhoria e simplificação dos métodos de diagnóstico de doenças genéticas;
• a optimização das terapêuticas de doenças genéticas, e
• a prevenção de doenças multifatoriais.

Cientistas de vários países começaram a desenvolver, em 1989, o Projecto Genoma Humano, patrocinado pelo Instituto Nacional de Saúde e pelo Departamento de Energia americanos. O objetivo do projecto era identificar, até o ano 2025, cada um dos aproximadamente cem mil genes e três biliões de pares de nucleotídeos que compõem uma molécula de DNA. O Prémio Nobel de fisiologia e medicina James D. Watson, um dos descobridores da estrutura em hélice dupla do DNA, assumiu inicialmente a direcção do projeto.

O trabalho de identificação consistia no mapeamento do código genético, isto é, no registo da posição de cada um dos genes nos 23 pares de cromossomas humanos, e no seu sequenciamento, ou determinação da ordem precisa de ocorrência dos nucleotídeos que compõem cada gene. Esperava-se encontrar informações importantes em menos de dez por cento do genoma.

Os responsáveis pelo projecto acreditavam que a descoberta da posição de cada gene, além de sua composição e função no organismo, seria a chave para o diagnóstico e a cura de muitas doenças, como cancro, obesidade, diabetes, doenças auto-imunes e hipertensão. Os críticos do projecto, no entanto, alertavam para o perigo do uso indevido das informações genéticas. Candidatos a emprego, por exemplo, poderiam ser recusados com base em testes capazes de revelar predisposição genética para certas doenças, como o alcoolismo.

O Conhecimento de Nós Mesmos

Quando nasce um ser humano, muitas prospecções podem ser feitas quanto ao seu futuro. O futuro será determinado, naturalmente, pela maneira como ele vai gerir suas próprias acções, mas será grandemente influenciado pelo ambiente ao redor. Sabe-se hoje, também, que muito do seu "destino" já está predisposto antes mesmo de seu nascimento. O genoma da criança traz codificadas no DNA dos seus 46 cromossomas as instruções que irão afectar, não apenas a sua estrutura, o seu tamanho, a sua cor e outros atributos físicos, como também a sua inteligência, a sua susceptibilidade a doenças, o seu tempo de vida e até aspectos do seu comportamento.

Integrantes

O Projeto Genoma Humano é um consórcio internacional, composto pelos EUA, Europa e Japão, que tem por objetivo mapear todos os genes da espécie humana até o ano de 2025. Em 1990, o Projecto Genoma Humano tinha o envolvimento de mais de 5000 cientistas, de 250 diferentes laboratórios, que contavam com um orçamento, que segundo diferentes fontes, varia de US$ 3 bilhões a US$ 53 bilhões.

Os países associados ao projeto foram:

• Alemanha
• China
• Estados Unidos da América
• França
• Japão
• Reino Unido
• Brasil

Objetivo Específico

A grande meta do Projeto Genoma Humano é ler e entender estas instruções. Em outras palavras, é nada menos que a busca do completo entendimento da base genética do Homo sapiens, incluindo a base genética das doenças. De posse desse conhecimento, o objetivo seguinte é aplicar tecnologia para alterar, quando preciso, algumas das instruções, visando aperfeiçoar o ser humano e livrá-lo de doenças e outros fatores limitantes.

Os Números da Genética

O corpo humano contém cerca de 100 trilhões de células. Na maioria das células existe um núcleo, onde se encontra algo essencial: o genoma humano, uma estrutura que contém o projecto de construção e funcionamento do corpo. O genoma é encontrado no núcleo das células sob a forma de 46 filamentos enrolados em pacotes chamados cromossomas, que incluem também moléculas de proteínas associadas.

Se desenrolássemos estes fios e os ligássemos em série, eles formariam um frágil cordão com cerca de 1 metro e meio de comprimento, e apenas 20 trilionésimos de largura! Este fantástico cordão que encerra o código genético é na verdade constituído por uma gigantesca molécula, conhecida como ácido desoxirribonucleico — o DNA.

A estrutura espacial do DNA, descoberta em 1953 por James Watson e Francis Crick, através de estudos de difracção de raios-X, tem a forma de uma dupla hélice, a famosa "escada helicoidal".

É como se fosse uma escada flexível formada por duas cordas torcidas, ligadas por degraus muito estreitos. Cada "corda" é um arranjo linear de unidades semelhantes que se repetem, chamadas nucleotídeos, e se compõem de açúcar, fosfato e uma base nitrogenada. Existem quatro bases nitrogenadas no DNA, as quais se unem aos pares para formar os "degraus" da escada: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Um dado fundamental no mecanismo de funcionamento do DNA é o facto de que A e T se atraem mutuamente, da mesma forma que C e G. Elas obedecem rigorosamente à regra de que só podem se unir destas duas maneiras: A liga-se a T e G liga-se a C. Não pode existir no DNA um par de bases formado de adenina e citosina, ou de timina e guanina, por exemplo. A ordem particular em que as bases se alinham ao longo da cadeia de açúcar e fosfato é chamada a sequência nucleotídica do DNA. Essa sequência é característica para cada organismo e encerra milhões de sinais que a célula consegue interpretar como instruções para o fabrico de proteínas, como veremos a seguir.

Como funciona o Código Genético

A célula é um tipo de indústria bioquimica que utiliza como matéria prima 20 aminoácidos diferentes. Estes só podem ser combinados entre sí graças a um projeto pre-existente no núcleo da célula - o DNA - que orienta a união especifica de determinados grupos de aminoácidos, para constituir as diferentes proteínas necessárias à estrutura e funcionamento do organismo. O corpo humano pode sintetizar pelo menos 80 mil diferentes proteínas. A instrução para que as células fabriquem uma proteína específica é dada por um segmento da cadeia de DNA contendo uma sequência específica de bases. Isso é o que constitui o gene: um segmento de DNA que contém a mensagem completa para a síntese de uma proteína. Na linguagem química do código genético, um gene funciona como uma "sentença", cujas letras seriam as quatro bases A, C, G e T. Cada conjunto de 3 bases (codogenes), na sequência ao longo da "corda" do DNA, seriam as "palavras", as quais sinalizam às células um determinado aminoácido a ser usado na síntese da proteína. Por exemplo, a sequência de bases ATG codifica o aminoácido metionina. Um fragmento do DNA com a seqüência GAGATGGCA codifica uma seqüência de três aminoácidos, que são, respectivamente, ácido glutâmico, metionina e alanina.

Desvendar o sequenciamento das bases dentro do DNA, para cada organismo, é desvendar o seu código genético, o "segredo" de sua formação e de seu funcionamento, pois o DNA é o "manual de instruções" usado pela célula.

A Genética e os seus números

O padrão genético da espécie humana -- o genoma humano -- contém de 60 a 80 mil genes, cada um deles contendo instruções sobre como as células devem produzir um determinado tipo de proteína.

Uma vez que 3 bases codificam um aminoácido, uma proteína codificada por um gene de tamanho médio (contendo 3 mil pares de bases, por exemplo), conterá mil aminoácidos. O número total de pares de bases é o que geralmente determina o tamanho do genoma: o genoma do homem contém aproximadamente 3 biliões de pares de bases; o de uma levedura, cerca de 15 milhões; e o da bactéria Escherichia coli, cerca de 4,5 milhões. Os cientistas calculam que a diferença entre o DNA do homem e o DNA do chimpanzé é de apenas 2%.

Entre os estudos de organismos não-humanos, o sequenciamento genético da bactéria Xylella fastidiosa é uma contribuição brasileira ao Projecto Genoma. Banco de Dados Microbiológicos do TIGR)

Um aspecto particular do Projecto Genoma Humano norteamericano é que ele procura abordar também os aspectos éticos, legais e sociais envolvidos.

O Projecto Genoma Humano é um empreendimento internacional, iniciado formalmente em 1990 e projectado para durar 15 anos, com os seguintes objectivos:

• Identificar e fazer o mapeamento dos 80 mil genes que se calcula existirem no DNA das células do corpo humano;
• Determinar as sequências dos 3 biliões de bases químicas que compõem o DNA humano;
• Armazenar essa informação em bancos de dados, desenvolver ferramentas eficientes para analisar esses dados e torná-los acessíveis para novas pesquisas biológicas.

Como parte deste empreendimento, paralelamente estão a ser desenvolvidos estudos com outros organismos seleccionados, principalmente microorganismos, visando desenvolver tecnologia e também como auxílio ao trabalho de interpretar a complexa função genética humana. Como existe uma ordem subjacente a toda a diversidade da vida e como todos os organismos se relacionam através de semelhanças nas suas sequências de DNA, o conhecimento adquirido a partir de genomas não-humanos frequentemente leva a novas descobertas na biologia humana.

Significado de mapeamento e sequenciamento do genoma

O PGH tem como um objectivo principal construir uma série de diagramas descritivos de cada cromossoma humano, com resoluções cada vez mais apuradas. Para isso, é necessário: dividir os cromossomas em fragmentos menores que possam ser propagados e caracterizados; e depois ordenar estes fragmentos, de forma a corresponderem a suas respectivas posições nos cromossomas (mapeamento).

Depois de completo o mapeamento, o passo seguinte é determinar a sequência das bases de cada um dos fragmentos de DNA já ordenados. O objectivo é descobrir todos os genes na sequência do DNA e desenvolver meios de usar esta informação para estudo da biologia e da medicina.

Um mapa genómico descreve a ordem dos genes ou de outros marcadores e o espaçamento entre eles, em cada cromossoma. Existem mapas de baixa resolução, como os mapas de associações genéticas, que indicam as posições relativas dos marcadores de DNA (genes e outras sequências identificáveis de DNA) através dos seus padrões de hereditariedade; e existem os mapas físicos, que descrevem as características químicas da própria molécula de DNA. Um nível maior de resolução é obtido associando-se os genes a cromossomos específicos. 9.Países que participam no PGH

O projecto Genoma Humano começou como uma iniciativa do sector 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 projecto, usando recursos do NIH e Departamento de Energia norte-americano. Só este órgão financia cerca de 200 investigadores separados nos EUA.

Em outros países, grupos de pesquisadores em universidades e institutos de pesquisa também estão envolvidos no Projecto Genoma. Além destes, muitas empresas privadas grandes e pequenas também conduzem pesquisa sobre o genoma humano.

Basicamente, 18 países iniciaram programas de pesquisas sobre o genoma humano. Os maiores programas desenvolvem-se na Alemanha, Austrália, Brasil, Canadá, China, Coréia, Dinamarca, Estados Unidos, França, Holanda, Israel, Itália, Japão, México, Reino Unido, Rússia, Suécia e União Europeia. Alguns países em desenvolvimento, não incluídos na relação acima, participam através de estudos de técnicas de biologia molecular de aplicação à pesquisa genética e estudos de organismos que têm interesse particular para suas regiões geográficas.

Informações sobre estes países e suas pesquisas de contribuição para o PGH podem ser obtidas através da HUGO (Human Genome Organization), que conta com cerca de 1000 membros de 50 países, para ajuda a coordenar a colaboração internacional ao projecto.

Diferença entre a abordagem ao PGH feita pelo sector público e pelo sector privado

Lançando mão de uma imagem que já se tornou clássica, pode-se comparar o mapeamento e sequenciamento genético ao mapeamento de uma estrada que se estendesse, digamos, de Porto Alegre a Manaus. O Projecto Genoma Humano, conduzido pelos órgãos do governo tem obtido dados de alta qualidade e precisão, registando os detalhes das células humanas -- inclusive as porções do DNA que não contêm gene algum e que constituem 97% do seu total. É como se alguém fosse percorrendo o trajecto a pé, registando cada montanha, cada curva, cada posto de gasolina, encontrado ao longo do caminho. A iniciativa privada, porém, juntou-se ao projecto em vista do potencial de lucro que as pesquisas podem trazer, especialmente para as indústrias farmacêuticas. A rapidez na obtenção de resultados, que podem ser transformados em patentes, tornou-se crucial para elas. Então optaram por um método mais objectivo: concentrar-se apenas nos pontos principais, as "cidades", deixando de lado as árvores, os rios, ou cada pedra do caminho. Isso significa, em termos científicos, dirigir a pesquisa para os genes específicos, buscando, através da comparação do DNA de diferentes indivíduos, aqueles genes "defeituosos" que causam as doenças. Supõe-se que as 20 doenças mais comuns, que matam cerca de 80% da população, estejam associadas com aproximadamente 200 dos cerca de 80 mil genes que compõem o corpo humano. Concentrar-se apenas nestes, deixando de lado os demais, é uma abordagem mais rápida, evidentemente, embora menos precisa.

Com a iniciativa privada ocupando-se apenas dos genes mais interessantes e os pesquisadores do governo dedicando-se ao sequenciamento dos demais, as duas formas de trabalho podem se complementar, em benefício do conhecimento geral.

A situação actual do conhecimento obtido através do PGH?

Em 1990, ao iniciar-se o Projeto Genoma, apenas 4550 dos 60 - 80 mil genes humanos tinham sido identificados; apenas 2% dos genes (cerca de 1500 genes) tinham sido associados a localizações específicas nos 46 cromossomos, e apenas algumas entre cerca de 4000 doenças genéticas existentes, tinham sido entendidas num nível molecular. Mais de oito anos depois, chegou-se aos seguintes resultados: Mapeamento genético: mais de 7000 genes foram mapeados a cromossomas particulares. Além destes, o Banco de Dados do Projecto Genoma guarda informação sobre outros genes identificados, cuja localização nos cromossomos ainda não foi inequivocamente determinada. Informações sobre o progresso destas pesquisas são actualizadas frequentemente e podem ser obtidas clicando aqui.

Sequenciamento: Mais de 4% das bases do genoma humano foi sequenciado. Até este ponto, o Projecto Genoma tem-se concentrado mais em desenvolver tecnologia eficiente para o sequenciamento de DNA do que propriamente em fazer um sequenciamento de larga-escala. Com a entrada da iniciativa privada no Projecto Genoma, dando preferência a uma abordagem dirigida apenas aos genes que apresentam interesse para a cura de doenças, o sector público passou a rever o seu cronograma e espera concluir o Projecto em 2003 e não em 2005, como proposto inicialmente.

Benefícios do PGH

Pode-se antecipar alguns dos benefícios que o Projecto Genoma poderá trazer para a humanidade, sem esquecer que alguns poderão surpreender-nos. As informações detalhadas sobre o DNA e o mapeamento genético dos organismos revolucionarão as explorações biológicas que serão feitas em seguida.

Na Medicina, por exemplo, o conhecimento sobre como os genes contribuem para a formação de doenças que envolvem um factor genético -- o cancro, por exemplo -- levarão a uma mudança da prática médica. Ênfase será dada à prevenção da doença, em vez do tratamento do doente. Novas tecnologias clínicas deverão surgir, baseadas em diagnósticos de DNA; novas terapias baseadas em novas classes de remédios; novas técnicas imunoterápicas; prevenção em maior grau de doenças pelo conhecimento das condições ambientais que podem desencadeá-las; possível substituição de genes defeituosos através da terapia genética; produção de drogas medicinais por organismos geneticamente alterados.

O conhecimento da genética humana auxiliará muito o conhecimento da biologia de outros animais, uma vez que não esta não é muito diferente da biologia humana, permitindo também o seu aperfeiçoamento e tornando os animais domésticos, por exemplo, mais resistentes a doenças.

As tecnologias, os recursos biológicos e os bancos de dados gerados pela pesquisa sobre o genoma terão grande impacto nas indústrias relacionadas à biotecnologia, como a agricultura, a produção de energia, o controle do lixo, a despoluição ambiental.

Doenças Genéticas e seu Potencial de Cura

Em 1990, pela primeira vez, a terapia genética foi usada para curar uma criança cujo sistema imunológico era prejudicado pela falta de uma enzima. A partir daí, surgiu uma onda de euforia sobre o potencial da cura através da alteração do DNA, corrigindo os genes defeituosos. Ainda existem hoje, no entanto, barreiras técnicas que têm impedido a concretização das grandes expectativas criadas a respeito da terapia genética.

Mas tem havido grandes progressos na descoberta de genes associados a doenças. Supõe-se que as 20 doenças mais comuns, que matam cerca de 80% da população, estejam associadas com aproximadamente 200 dos 100 mil genes que compõem o corpo humano. A iniciativa privada tem se dedicado mais intensamente ao estudo desses genes específicos e as indústrias farmacêuticas, especialmente, disputam esse conhecimento que deverá levar ao aperfeiçoamento da medicina no próximo milénio. Em consequência, já existem patentes sobre os genes descobertos para muitas doenças. Eis algumas:

Alzheimer — patente no 5.508.167, da Duke University, cedida à Glaxo.

Hipertensão — patente no 5.589.584, da Fundação de Pesquisa da Utah University, cedida à Myriad Genetics.

Obesidade — patente no 5.646.040, Millenium Pharmaceuticals, cedida à Hoffman-La Roch.e

Artrite reumática — patente no 5.556.767, Human Genome Sciences. Suscetibilidade ao câncer de mama e ovário — patente no 5.693.473, Myriad Genetics.

Osteoporose — patente no 5.501.969, Human Genome Sciences.

Cancro do cólon — patente no 5.648.212, John Hopkins University, Fundação Japonesa para a Pesquisa do Cancro e Zeneca.

Doenças Cardiovasculares — patente pendente, Myriad Genetics e Novartis.

Doença de Parkinson — patente pendente, National Institutes of Health.

Calvície — patente pendente, Columbia University.