Mundo Quimico

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 ações, 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 cromossomos as instruções que irão afetar, não apenas sua estrutura, seu tamanho, sua cor e outros atributos físicos, como também sua inteligência, sua suscetibilidade a doenças, seu tempo de vida e até aspectos de seu comportamento.
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.
O padrão genético da pequena Escherichia coli contém quase 5 milhões de pares de bases químicas. O do ser humano, algo em torno de 3 bilhões. Cada gene simplesmente corresponde a uma "frase" dizendo a cada célula como ela deve reunir os aminoácidos disponíveis, transformando-os em proteínas essenciais à estrutura e à vida do ser que os possui. Decifrar o código genético é saber ler através dos 80 mil genes que compõem o DNA humano. Uma tarefa que tem se mostrado gigantesca e demorada, mesmo para os cientistas de nossa época, equipados com formidáveis computadores. Mas a célula, com sua intrínseca sabedoria, lê, entende e segue a mensagem do DNA como se isso fosse a mais trivial das tarefas.
Trinta e seis anos depois da descoberta da estrutura helicoidal da molécula do DNA, o laureado James Watson não poupou entusiasmo na tarefa de convencer seus interlocutores a concederem recursos para o Projeto Genoma Humano que, nos idos de 1989, estava para se iniciar:
"Vejo à nossa frente um extraordinário potencial para o melhoramento humano. Podemos ter à nossa disposição a ferramenta definitiva para o conhecimento de nós mesmos ao nível molecular... A hora de agir é agora."

"Conhece-te a ti mesmo", já dissera o grande Sócrates, certamente com inteira noção de quão gigantesca seria a tarefa. Mas também não poupou entusiasmo para convencer o gênero humano a arrebanhar recursos para esse empreendimento, cuja grande meta está muito além do nível molecular.
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 fato 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 se liga a T e G se liga 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 seqüência nucleotídica do DNA. Essa seqüência é característica para cada organismo e encerra milhões de sinais que a célula consegue interpretar como instruções para a fabricação de proteínas, como veremos a seguir.
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 fato 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 se liga a T e G se liga 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 seqüência nucleotídica do DNA. Essa seqüência é característica para cada organismo e encerra milhões de sinais que a célula consegue interpretar como instruções para a fabricação de proteínas, como veremos a seguir.
Como funciona o Código Genético?
O corpo humano conta com 20 aminoácidos diferentes, que se unem em diferentes seqüências, para constituir as diferentes proteínas necessárias à sua estrutura e funcionamento. O organismo humano pode sintetizar milhares de diferentes proteínas.
A instrução para que as células fabriquem uma proteína específica é dada por um segmento da cadeia de DNA contendo uma seqüência 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 (codons), na seqüência 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 seqüência 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 seqüenciamento 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.
Os Números da Genética
· Estimava-se que o padrão genético da espécie humana -- o genoma humano -- contivesse de 60 a 100 mil genes, cada um deles contendo instruções sobre como as células devem produzir um determinado tipo de proteína. Entretanto, em fevereiro de 2001, duas equipes independentes anunciaram simultaneamente a transcrição quase completa do código genético humano e o número de genes calculado revelou-se bem menor: os pesquisadores do Projeto Genoma Humano - que é desenvolvido por um consórcio de instituições públicas - anunciaram a existência de cerca de 31 mil genes, e os pesquisadores da Celera - empresa privada americana - anunciaram a existência de cerca de 39 mil genes.
· 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 bilhões 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%.
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 de 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 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 milênio. Em conseqüência, já existem patentes sobre os genes descobertos para muitas doenças. Eis algumas:
☺ Mal de 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.
☺ Câncer do cólon — patente no 5.648.212, John Hopkins University, Fundação Japonesa para a Pesquisa do Câncer e Zeneca.
☺ Doenças Cardiovasculares — patente pendente, Myriad Genetics e Novartis.
☺ Mal de Parkinson — patente pendente, National Institutes of Health.
☺ Calvície — patente pendente, Columbia University.
O que é o Projeto Genoma Humano (PGH)?
O Projeto Genoma Humano é um empreendimento internacional, iniciado formalmente em 1990 e projetado para durar 15 anos, com os seguintes objetivos:
— Identificar e fazer o mapeamento dos cerca de 80 mil genes que se calculava existirem no DNA das células do corpo humano;
— Determinar as seqüências dos 3 bilhões 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 sendo desenvolvidos estudos com outros organismos selecionados, 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 em suas seqüências de DNA, o conhecimento adquirido a partir de genomas não-humanos freqüentemente leva a novas descobertas na biologia humana.
O que significa mapeamento e seqüenciamento do genoma?
O PGH tem como um objetivo principal construir uma série de diagramas descritivos de cada cromossomo humano, com resoluções cada vez mais apuradas. Para isso, é necessário: dividir os cromossomos em fragmentos menores que possam ser propagados e caracterizados; e depois ordenar estes fragmentos, de forma a corresponderem a suas respectivas posições nos cromossomos (mapeamento).
Depois de completo o mapeamento, o passo seguinte é determinar a seqüência das bases de cada um dos fragmentos de DNA já ordenados. O objetivo é descobrir todos os genes na seqüência do DNA e desenvolver meios de usar esta informação para estudo da biologia e da medicina.
Um mapa genômico descreve a ordem dos genes ou de outros marcadores e o espaçamento entre eles, em cada cromossomo. Existem mapas de baixa resolução, como os mapas de associações genéticas, que indicam as posições relativas dos marcadores de DNA (genes e outras seqüências identificáveis de DNA) através de 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.
Quem participa do PGH?
O projeto Genoma Humano 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. 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 Projeto Genoma.
Além destes, muitas empresas privadas grandes e pequenas também conduzem pesquisa sobre o genoma humano.
Que países estão participando do PGH?
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 Européia.
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 projeto.
Qual a diferença entre a abordagem ao PGH feita pelo setor público e pelo setor privado?
Lançando mão de uma imagem que já se tornou clássica, pode-se comparar o mapeamento e seqüenciamento genético ao mapeamento de uma estrada que se estendesse, digamos, de Porto Alegre a Manaus. O Projeto Genoma Humano, conduzido pelos órgãos do governo tem obtido dados de alta qualidade e precisão, registrando 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 trajeto a pé, registrando cada montanha, cada curva, cada posto de gasolina, encontro
ado ao longo do caminho. A iniciativa privada, porém, juntou-se ao projeto 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 objetivo: 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 genes, entre as dezenas de milhares de 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 seqüenciamento dos demais, as duas formas de trabalho podem se complementar, em benefício do conhecimento geral.
Qual a situação atual do conhecimento obtido através do PGH?
Em 1990, ao iniciar-se o Projeto Genoma, apenas 4550 genes humanos haviam sido identificados; cerca de 1500 genes haviam sido associados a localizações específicas nos 46 cromossomos, e apenas algumas, dentre cerca de 4000 doenças genéticas existentes, haviam sido entendidas em um nível molecular.
Em 1998, oito anos depois, chegou-se aos seguintes resultados:
Mapeamento genético: mais de 7000 genes foram mapeados a cromossomos particulares. Além destes, o Banco de Dados do Projeto Genoma guarda informação sobre outros genes identificados, cuja localização nos cromossomos ainda não foi inequivocamente determinada.
Seqüenciamento: Mais de 4% das bases do genoma humano foi seqüenciado.
Até este ponto, o Projeto Genoma havia se concentrado mais em desenvolver tecnologia eficiente para seqüenciamento de DNA do que propriamente em fazer um seqüenciamento de larga-escala.
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 as primeiras transcrições quase completas do código genético humano. O número de genes existentes, segundo os cálculos de ambas as equipes de pesquisadores, não chega a 40 mil. Os resultados foram publicados em duas revistas diferentes. A revista inglesa Nature publicou o trabalho dos pesquisadores do PGH, liderados por Francis Collins, e a norte-americana Science, o dos pesquisadores da Celera, liderados pelo empresário-cientista Craig Venter.
Quais os benefícios potenciais do PGH?
Pode-se antecipar alguns dos benefícios que o Projeto Genoma poderá trazer para a humanidade, sem esquecer que alguns poderão nos surpreender. As informações detalhadas sobre o DNA e o mapeamento genético dos organismos devem revolucionar 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 fator genético -- como o câncer, 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 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.
Conclusão
Projeto genoma: seres humanos têm menos genes do que previsto
PARIS -- A publicação detalhada do mapa do código genético humano, nesta segunda-feira, confirma que o genoma é menor do que o previsto. São cerca de 30 mil genes, apenas duas vezes mais do que uma mosca. O estudo trará também várias pontos que devem ser explorados pelos pesquisadores para criar medicamentos no futuro.
Anunciado como um fato histórico da ciência, a apresentação da versão mais completa do genoma humano será publicada nesta segunda-feira em várias capitais como Washington, Tóquio, Londres, Paris e Berlim, e de forma simultânea pelas famosas revistas científicas Nature e Science.
Estas descrições científicas constituem uma continuação do anúncio, realizado em junho de 2000 na Casa Branca, de que se havia estabelecido um mapa quase completo do genoma humano.
"Agora, temos que aprender a usá-lo para compreender a biologia do organismo", comentou David Galas do Applied Life Science (Califórnia), na Science.
Depois de mais de uma década de intenso trabalho de investigação sobre o deciframento do genoma humano, considerado como um fato quase tão emblemático como a conquista da Lua, o consórcio internacional público e seu rival, Celera Genomics, empresa privada norte-americana dirigida por Craig Venter, entregarão cada um sua versão "completa", publicadas respectivamente na Nature e Science.
Os dois seqüenciamentos estarão disponíveis para a comunidade científica na Internet. O gigantesco trabalho de decifrar o grande livro da vida confirma que o homem possui menos genes do que o previsto, cerca de 30 mil, isto é, apenas duas vezes mais que uma mosca, segundo o professor Jean Weissenbach, diretor do centro francês de seqüenciamento humano, um dos primeiros a publicar esta revisão que reduziu o número de nossos genes com o cientista Philip Green.
"Resta compreender como tão pequeno número de genes pode fazer uma mosca ou uma pessoa", ressaltou Barbara Jasny, uma das editoras da Science.
"A complexidade do organismo humano não se explica pela maior quantidade de genes", afirmou o francês Jean Michel Claverie, especialista da Science.
"A maior diferença entre o homem e a mosca é a complexidade de nossas proteínas", acrescentou o norte-americano David Baltimore. "A Celera oferece análises mais detalhadas das proteínas humanas", ressaltou a Nature.
A análise do nosso patrimônio genético mostra especialmente que há muitas áreas quase desertas, com poucos genes, agrupados principalmente em lotes, e pistas de troca de genes com bactérias.
O genoma possui um grande número de variações, mais de duas milhões identificadas pelo Celera têm importância para pesquisas médicas especializadas. Estas mudanças sutis, designadas "polimorfismos mononucleotídicos" ou "SPN", distinguem os indivíduos.
"Elas desempenham um papel na predisposição a todo tipo de doenças como diabetes, Mal de Alzheimer e influenciam na forma como nossos corpos reagem a um medicamento", explicou Aravinda Chakravarti (Baltimore, Maryland), na Nature.
Várias questões ainda permanecem sem respostas no âmbito da genética, admitiu Craig Venter. Os cientistas ignoram a função de aproximadamente 40 por cento dos genes, segundo ele.
A partir de agora, os pesquisadores e as empresas têm pela frente um desafio mais instigante do que o mapeamento do código humano: o estudo das proteínas.
Esta especialidade, batizada como "proteômica", tem como objetivo identificar fins terapêuticos entre centenas de milhares de proteínas encontradas no homem.
"A investigação nesta área teve um crescimento enorme", afirmou Stanley Fields, do Howard Hughes Medical Institute em Seattle, nos Estados Unidos