a biologia avançada e o impacto da genômica na produção de
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Documentos 78
Luacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinos
Embrapa Caprinos e Ovinos
Sobral CE
2008
ISSN 1676-7659
Agosto 2008
Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuaacuteriaEmbrapa Caprinos e OvinosMinisteacuterio da Agricultura Pecuaacuteria e Abastecimento
On line
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Comitecirc de Publicaccedilotildees da UnidadePresidente Luacutecia Helena SiderSecretaacuterio-Executivo Diocircnes Oliveira SantosMembros Alexandre Ceacutesar Silva Marinho Carlos Joseacute MendesVasconcelosTacircnia Maria Chaves Campecirclo Verocircnica MariaVasconcelos Freire Fernando Henrique M A R AlbuquerqueJorge Luiacutes de Sales Farias Mocircnica Matoso Campanha e LeandroSilva Oliveira
Supervisatildeo editorial Alexandre Ceacutesar Silva MarinhoRevisatildeo gramatical Carlos Joseacute Mendes VasconcelosNormalizaccedilatildeo bibliograacutefica Tacircnia Maria Chaves CampecircloEditoraccedilatildeo eletrocircnica Alexandre Ceacutesar Silva Marinho
1a ediccedilatildeo on line
Todos os direitos reservadosA reproduccedilatildeo natildeo-autorizada desta publicaccedilatildeo no todo ou emparte constitui violaccedilatildeo dos direitos autorais (Lei no 9610)
Dados Internacionais de Catalogaccedilatildeo na Publicaccedilatildeo (CIP)Embrapa Caprinos e Ovinos
copy Embrapa 2008
Sider Luacutecia Helena A biologia avanccedilada e o impacto da genocircmica na produccedilatildeo de caprinos eovinos Luacutecia Helena Sider Lilian Giotto Zaros Sobral Embrapa Caprinose Ovinos 2008
47 p color - (Documentos Embrapa Caprinos e Ovinos ISSN1676-7659 78)
1 Geneacutetica animal 2 Genoma I Zaros Lilian Giotto II EmbrapaCaprinos e Ovinos III Tiacutetulo IV Seacuterie
CDD 63630821
Autores
Luacutecia Helena SiderMeacuted Vet D Sc em Reproduccedilatildeo AnimalEmbrapa Caprinos e OvinosEstrada SobralGroaiacuteras Km 04 Caixa Postal 145CEP 62010-970 - SobralCEFone (0xx88) 3112-7400Fax (0xx88) 3112-7455E-mail sidercnpcembrapabr
Lilian Giotto ZarosBioacuteloga D Sc em Ciecircncia Animal e PastagensEmbrapa Caprinos e OvinosE-mail liliancnpcembrapabr
Apresentaccedilatildeo
A era genocircmica teve iniacutecio na deacutecada de 90 com o advento dos primeirossequenciamentos completos de genomas de microorganismos(Haemophilus influenzae e Mycoplasma genitalium em 1995) Natildeo demo-rou muito para o sequenciamento de genomas de organismos mais comple-xos como algumas plantas animais e ateacute mesmo o do ser humanoconcluiacutedo em 2001
A produccedilatildeo de ruminantes vivencia cada vez mais os avanccedilos daGenocircmica Algumas espeacutecies jaacute possuem o seu genoma sequenciadocompletamente como a espeacutecie bovina em 2004 outras contam comprojetos em andamento Este eacute o caso do genoma ovino e seraacute o caso empouco tempo do genoma caprino que jaacute conta com uma proposta queembora natildeo seja um projeto genoma formal caminha neste sentido (Proje-to BioBode) A importacircncia destes projetos natildeo eacute apenas em conhecersequecircncias gecircnicas informaccedilatildeo aparentemente sem relevacircncia massobretudo nas anaacutelises funcionais destes genes ajudando a elucidar juntocom a geneacutetica e a fisiologia o papel de cada um e suas inter-relaccedilotildees
A tecnologia genocircmica bem como outras tecnologias do DNArecombinante geraram mudanccedilas qualitativas e quantitativas no desenvol-vimento das bioteacutecnicas e proporcionaram ao homem o controle e amanipulaccedilatildeo do genoma animal otimizando seu potencial econsequentemente tornando sua produccedilatildeo mais rentaacutevel
6 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Genocircmica trouxe consigo a Bioinformaacutetica que analisa tambeacutem asinformaccedilotildees geradas pela Proteocircmica Estas trecircs aacutereas baacutesicas contribu-em por sua vez para os estudos de Caracterizaccedilatildeo e Conservaccedilatildeo deRecursos Geneacuteticos Melhoramento Geneacutetico Animal e seus desdobramen-tos como a Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia) Todas estas fazemparte de uma aacuterea recentemente denominada Biologia Avanccedilada que seraacuteapresentada ao longo deste documento A Biologia Avanccedilada Animal contaainda com a interaccedilatildeo com outras ferramentas da biologia sobretudo aTecnologia do DNA recombinante e a Biotecnologia da Reproduccedilatildeo
Este documento procura esclarecer o papel da Genocircmica e de outras aacutereasafins dentro da Biologia Avanccedilada tendo sempre em vista o foco naproduccedilatildeo de pequenos ruminantes
Maria Pinheiro Fernandes CorrecircaChefe-Geral
Embrapa Caprinos e Ovinos
7 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Sumaacuterio
Introduccedilatildeo 09
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes 11
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccediladana Produccedilatildeo de Pequenos Ruminantes 38
Consideraccedilotildees Finais 39
Referecircncias Bibliograacuteficas 40
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
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produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
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A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
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Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
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Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
21 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
35 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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Exemplares desta publicaccedilatildeo podem ser adquiridos na
Embrapa Caprinos e OvinosEndereccedilo Estrada SobralGroaiacuteras Km 04Caixa Postal 145CEP62010-970Fone (0xx88) 3112-7400Fax (0xx88) 3112-7455Home page wwwcnpcembrapabrE-mail (sac) wwwcnpcembrapabrsachtm
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Dados Internacionais de Catalogaccedilatildeo na Publicaccedilatildeo (CIP)Embrapa Caprinos e Ovinos
copy Embrapa 2008
Sider Luacutecia Helena A biologia avanccedilada e o impacto da genocircmica na produccedilatildeo de caprinos eovinos Luacutecia Helena Sider Lilian Giotto Zaros Sobral Embrapa Caprinose Ovinos 2008
47 p color - (Documentos Embrapa Caprinos e Ovinos ISSN1676-7659 78)
1 Geneacutetica animal 2 Genoma I Zaros Lilian Giotto II EmbrapaCaprinos e Ovinos III Tiacutetulo IV Seacuterie
CDD 63630821
Autores
Luacutecia Helena SiderMeacuted Vet D Sc em Reproduccedilatildeo AnimalEmbrapa Caprinos e OvinosEstrada SobralGroaiacuteras Km 04 Caixa Postal 145CEP 62010-970 - SobralCEFone (0xx88) 3112-7400Fax (0xx88) 3112-7455E-mail sidercnpcembrapabr
Lilian Giotto ZarosBioacuteloga D Sc em Ciecircncia Animal e PastagensEmbrapa Caprinos e OvinosE-mail liliancnpcembrapabr
Apresentaccedilatildeo
A era genocircmica teve iniacutecio na deacutecada de 90 com o advento dos primeirossequenciamentos completos de genomas de microorganismos(Haemophilus influenzae e Mycoplasma genitalium em 1995) Natildeo demo-rou muito para o sequenciamento de genomas de organismos mais comple-xos como algumas plantas animais e ateacute mesmo o do ser humanoconcluiacutedo em 2001
A produccedilatildeo de ruminantes vivencia cada vez mais os avanccedilos daGenocircmica Algumas espeacutecies jaacute possuem o seu genoma sequenciadocompletamente como a espeacutecie bovina em 2004 outras contam comprojetos em andamento Este eacute o caso do genoma ovino e seraacute o caso empouco tempo do genoma caprino que jaacute conta com uma proposta queembora natildeo seja um projeto genoma formal caminha neste sentido (Proje-to BioBode) A importacircncia destes projetos natildeo eacute apenas em conhecersequecircncias gecircnicas informaccedilatildeo aparentemente sem relevacircncia massobretudo nas anaacutelises funcionais destes genes ajudando a elucidar juntocom a geneacutetica e a fisiologia o papel de cada um e suas inter-relaccedilotildees
A tecnologia genocircmica bem como outras tecnologias do DNArecombinante geraram mudanccedilas qualitativas e quantitativas no desenvol-vimento das bioteacutecnicas e proporcionaram ao homem o controle e amanipulaccedilatildeo do genoma animal otimizando seu potencial econsequentemente tornando sua produccedilatildeo mais rentaacutevel
6 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Genocircmica trouxe consigo a Bioinformaacutetica que analisa tambeacutem asinformaccedilotildees geradas pela Proteocircmica Estas trecircs aacutereas baacutesicas contribu-em por sua vez para os estudos de Caracterizaccedilatildeo e Conservaccedilatildeo deRecursos Geneacuteticos Melhoramento Geneacutetico Animal e seus desdobramen-tos como a Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia) Todas estas fazemparte de uma aacuterea recentemente denominada Biologia Avanccedilada que seraacuteapresentada ao longo deste documento A Biologia Avanccedilada Animal contaainda com a interaccedilatildeo com outras ferramentas da biologia sobretudo aTecnologia do DNA recombinante e a Biotecnologia da Reproduccedilatildeo
Este documento procura esclarecer o papel da Genocircmica e de outras aacutereasafins dentro da Biologia Avanccedilada tendo sempre em vista o foco naproduccedilatildeo de pequenos ruminantes
Maria Pinheiro Fernandes CorrecircaChefe-Geral
Embrapa Caprinos e Ovinos
7 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Sumaacuterio
Introduccedilatildeo 09
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes 11
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccediladana Produccedilatildeo de Pequenos Ruminantes 38
Consideraccedilotildees Finais 39
Referecircncias Bibliograacuteficas 40
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
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produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
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Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
21 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
35 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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Autores
Luacutecia Helena SiderMeacuted Vet D Sc em Reproduccedilatildeo AnimalEmbrapa Caprinos e OvinosEstrada SobralGroaiacuteras Km 04 Caixa Postal 145CEP 62010-970 - SobralCEFone (0xx88) 3112-7400Fax (0xx88) 3112-7455E-mail sidercnpcembrapabr
Lilian Giotto ZarosBioacuteloga D Sc em Ciecircncia Animal e PastagensEmbrapa Caprinos e OvinosE-mail liliancnpcembrapabr
Apresentaccedilatildeo
A era genocircmica teve iniacutecio na deacutecada de 90 com o advento dos primeirossequenciamentos completos de genomas de microorganismos(Haemophilus influenzae e Mycoplasma genitalium em 1995) Natildeo demo-rou muito para o sequenciamento de genomas de organismos mais comple-xos como algumas plantas animais e ateacute mesmo o do ser humanoconcluiacutedo em 2001
A produccedilatildeo de ruminantes vivencia cada vez mais os avanccedilos daGenocircmica Algumas espeacutecies jaacute possuem o seu genoma sequenciadocompletamente como a espeacutecie bovina em 2004 outras contam comprojetos em andamento Este eacute o caso do genoma ovino e seraacute o caso empouco tempo do genoma caprino que jaacute conta com uma proposta queembora natildeo seja um projeto genoma formal caminha neste sentido (Proje-to BioBode) A importacircncia destes projetos natildeo eacute apenas em conhecersequecircncias gecircnicas informaccedilatildeo aparentemente sem relevacircncia massobretudo nas anaacutelises funcionais destes genes ajudando a elucidar juntocom a geneacutetica e a fisiologia o papel de cada um e suas inter-relaccedilotildees
A tecnologia genocircmica bem como outras tecnologias do DNArecombinante geraram mudanccedilas qualitativas e quantitativas no desenvol-vimento das bioteacutecnicas e proporcionaram ao homem o controle e amanipulaccedilatildeo do genoma animal otimizando seu potencial econsequentemente tornando sua produccedilatildeo mais rentaacutevel
6 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Genocircmica trouxe consigo a Bioinformaacutetica que analisa tambeacutem asinformaccedilotildees geradas pela Proteocircmica Estas trecircs aacutereas baacutesicas contribu-em por sua vez para os estudos de Caracterizaccedilatildeo e Conservaccedilatildeo deRecursos Geneacuteticos Melhoramento Geneacutetico Animal e seus desdobramen-tos como a Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia) Todas estas fazemparte de uma aacuterea recentemente denominada Biologia Avanccedilada que seraacuteapresentada ao longo deste documento A Biologia Avanccedilada Animal contaainda com a interaccedilatildeo com outras ferramentas da biologia sobretudo aTecnologia do DNA recombinante e a Biotecnologia da Reproduccedilatildeo
Este documento procura esclarecer o papel da Genocircmica e de outras aacutereasafins dentro da Biologia Avanccedilada tendo sempre em vista o foco naproduccedilatildeo de pequenos ruminantes
Maria Pinheiro Fernandes CorrecircaChefe-Geral
Embrapa Caprinos e Ovinos
7 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Sumaacuterio
Introduccedilatildeo 09
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes 11
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccediladana Produccedilatildeo de Pequenos Ruminantes 38
Consideraccedilotildees Finais 39
Referecircncias Bibliograacuteficas 40
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
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produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
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A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
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Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
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Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
36 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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A era genocircmica teve iniacutecio na deacutecada de 90 com o advento dos primeirossequenciamentos completos de genomas de microorganismos(Haemophilus influenzae e Mycoplasma genitalium em 1995) Natildeo demo-rou muito para o sequenciamento de genomas de organismos mais comple-xos como algumas plantas animais e ateacute mesmo o do ser humanoconcluiacutedo em 2001
A produccedilatildeo de ruminantes vivencia cada vez mais os avanccedilos daGenocircmica Algumas espeacutecies jaacute possuem o seu genoma sequenciadocompletamente como a espeacutecie bovina em 2004 outras contam comprojetos em andamento Este eacute o caso do genoma ovino e seraacute o caso empouco tempo do genoma caprino que jaacute conta com uma proposta queembora natildeo seja um projeto genoma formal caminha neste sentido (Proje-to BioBode) A importacircncia destes projetos natildeo eacute apenas em conhecersequecircncias gecircnicas informaccedilatildeo aparentemente sem relevacircncia massobretudo nas anaacutelises funcionais destes genes ajudando a elucidar juntocom a geneacutetica e a fisiologia o papel de cada um e suas inter-relaccedilotildees
A tecnologia genocircmica bem como outras tecnologias do DNArecombinante geraram mudanccedilas qualitativas e quantitativas no desenvol-vimento das bioteacutecnicas e proporcionaram ao homem o controle e amanipulaccedilatildeo do genoma animal otimizando seu potencial econsequentemente tornando sua produccedilatildeo mais rentaacutevel
6 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Genocircmica trouxe consigo a Bioinformaacutetica que analisa tambeacutem asinformaccedilotildees geradas pela Proteocircmica Estas trecircs aacutereas baacutesicas contribu-em por sua vez para os estudos de Caracterizaccedilatildeo e Conservaccedilatildeo deRecursos Geneacuteticos Melhoramento Geneacutetico Animal e seus desdobramen-tos como a Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia) Todas estas fazemparte de uma aacuterea recentemente denominada Biologia Avanccedilada que seraacuteapresentada ao longo deste documento A Biologia Avanccedilada Animal contaainda com a interaccedilatildeo com outras ferramentas da biologia sobretudo aTecnologia do DNA recombinante e a Biotecnologia da Reproduccedilatildeo
Este documento procura esclarecer o papel da Genocircmica e de outras aacutereasafins dentro da Biologia Avanccedilada tendo sempre em vista o foco naproduccedilatildeo de pequenos ruminantes
Maria Pinheiro Fernandes CorrecircaChefe-Geral
Embrapa Caprinos e Ovinos
7 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Sumaacuterio
Introduccedilatildeo 09
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes 11
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccediladana Produccedilatildeo de Pequenos Ruminantes 38
Consideraccedilotildees Finais 39
Referecircncias Bibliograacuteficas 40
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
10 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
13 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
21 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
22 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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A Genocircmica trouxe consigo a Bioinformaacutetica que analisa tambeacutem asinformaccedilotildees geradas pela Proteocircmica Estas trecircs aacutereas baacutesicas contribu-em por sua vez para os estudos de Caracterizaccedilatildeo e Conservaccedilatildeo deRecursos Geneacuteticos Melhoramento Geneacutetico Animal e seus desdobramen-tos como a Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia) Todas estas fazemparte de uma aacuterea recentemente denominada Biologia Avanccedilada que seraacuteapresentada ao longo deste documento A Biologia Avanccedilada Animal contaainda com a interaccedilatildeo com outras ferramentas da biologia sobretudo aTecnologia do DNA recombinante e a Biotecnologia da Reproduccedilatildeo
Este documento procura esclarecer o papel da Genocircmica e de outras aacutereasafins dentro da Biologia Avanccedilada tendo sempre em vista o foco naproduccedilatildeo de pequenos ruminantes
Maria Pinheiro Fernandes CorrecircaChefe-Geral
Embrapa Caprinos e Ovinos
7 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Sumaacuterio
Introduccedilatildeo 09
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes 11
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccediladana Produccedilatildeo de Pequenos Ruminantes 38
Consideraccedilotildees Finais 39
Referecircncias Bibliograacuteficas 40
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
10 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
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Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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7 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Sumaacuterio
Introduccedilatildeo 09
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes 11
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccediladana Produccedilatildeo de Pequenos Ruminantes 38
Consideraccedilotildees Finais 39
Referecircncias Bibliograacuteficas 40
A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
10 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
13 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
28 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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A Biologia Avanccedilada e oImpacto da Genocircmica naProduccedilatildeo de Caprinos eOvinosLuacutecia Helena SiderLilian Giotto Zaros
Introduccedilatildeo
A Biologia Avanccedilada eacute uma recente aacuterea do conhecimento que englobauma seacuterie de tecnologias modernas e sobretudo ferramentas que podemser aplicadas em qualquer ramo da Biologia da Medicina e daAgropecuaacuteria
A produccedilatildeo de pequenos ruminantes tambeacutem jaacute comeccedilou a se beneficiardestas ferramentas Alguns progressos jaacute satildeo evidentes principalmentena espeacutecie ovina No entanto haacute ainda muito o que ser feito fato que ficaevidenciado quando se comparam os avanccedilos da biologia avanccedilada empequenos ruminantes a aqueles jaacute alcanccedilados na espeacutecie humana emoutros organismos-modelo como o camundongo e mesmo em bovinosespeacutecie ruminante de maior interesse no setor produtivo ateacute o momento
A Genocircmica figura entre uma das mais importantes sub-aacutereas da BiologiaAvanccedilada e seu impacto tem crescido nos uacuteltimos anos inclusive noBrasil que entrou na era genocircmica no final da deacutecada de 90 com osequumlenciamento completo do primeiro fitopatoacutegeno a Xylella fastidiosamicrorganismo causador da clorose variegada dos citros (CVC) popular-mente conhecida como amarelinho (SIMPSON et al 2000) Depois dissopelo fato de o Brasil movimentar uma grande parcela de sua economia em
10 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
13 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
14 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
15 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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47 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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10 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
produtos agriacutecolas foi colocado grande interesse na elucidaccedilatildeo de outrosgenomas de patoacutegenos de culturas de interesse nacional como cana-de-accediluacutecar citros e outros (CARRARO KITAJIMA 2002) Dessa formaoutras bacteacuterias tiveram seus genomas sequumlenciados completamente porgrupos de cientistas brasileiros como diferentes cepas de Xanthomonascitri bacteacuteria causadora do cancro ciacutetrico (SILVA et al 2002) outrascepas de Xylella fastidiosa que infectam especificamente outras culturas eLeifsonia xyli xyli causadora do carvatildeo da cana-de-accediluacutecar Em seguidaseguiram-se o genoma cacircncer humano tambeacutem com grande impacto nocenaacuterio mundial e outros projetos genoma tais como o do cafeacute eucaliptobovino entre outros
Se no primeiro momento foram concluiacutedas as etapas de sequumlenciamentoextensivo seguem-se agora os estudos funcionais que como o nomeindica procuram elucidar as funccedilotildees de cada gene sequumlenciado bem comosua interaccedilatildeo com outros genes do organismo Estes genes podem seridentificados por porccedilotildees de 200 a 400 pares de bases sequumlenciadasdenominadas etiquetas de sequumlecircncias expressas (ESTs do inglecircsExpressed Sequence Tags) (ADAMS et al 1991) depositadas embancos de dados como o GenBank (NCBI 2008) e disponiacuteveis para acomunidade cientiacutefica A Tabela 1 mostra a comparaccedilatildeo do nuacutemero deESTs entre a espeacutecie humana e as principais espeacutecies de ruminantes aleacutemde indicar se a espeacutecie teve seu genoma sequumlenciado por completo ou natildeo
Espeacutecie ESTs Genoma Completo
Homo sapiens 8254894 SIM
Bos taurus 1560234 SIM
(Bos indicus) (35759)
Ovis aries 210025 em andamento
Capra hircus 13518 NAtildeOFonte NCBI (2008)
Tabela 1 - Quantitativo de informaccedilatildeo geneacutetica nuacutemero de ESTs depositadas noGenBank provenientes de humanos e das principais espeacutecies de ruminantes
11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
13 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
14 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
15 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
18 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
19 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
20 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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11 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A Tabela 1 evidencia a defasagem das pesquisas em geneacutetica nos peque-nos ruminantes principalmente na espeacutecie caprina em relaccedilatildeo agraves espeacuteciesmais estudadas As espeacutecies humana e bovina jaacute com os seus genomassequumlenciados chegaram a um nuacutemero razoavelmente estaacutevel de ESTsdepositadas embora continuem aumentando lentamente Diferentementeas espeacutecies de pequenos ruminantes tendem a aumentar ainda mais aquantidade de ESTs depositadas significativamente sobretudo a espeacutecieovina em funccedilatildeo do projeto genoma ovino em andamento que eacute umconsoacutercio mundial que tem a participaccedilatildeo brasileira da Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia Na espeacutecie caprina as pesquisas em geneacuteticaainda satildeo muito recentes e ainda natildeo haacute um Projeto Genoma propriamentedito No entanto jaacute existe uma iniciativa de entidades nordestinas incluin-do a Embrapa Caprinos e Ovinos no sentido de sequumlenciar e caracterizarESTs e proteiacutenas provenientes de diferentes tecidos de interesse dediversas espeacutecies caprinas (Projeto BioBode) Estes projetos seratildeo nova-mente abordados mais adiante
Nesse contexto o objetivo deste documento eacute mostrar o que jaacute foi ou temsido desenvolvido na aacuterea de Biologia Avanccedilada sobretudo na genocircmica esua influecircncia nas demais sub-aacutereas em relaccedilatildeo agrave produccedilatildeo de pequenosruminantes bem como o enorme potencial de pesquisa utilizando estasespeacutecies No final do documento satildeo apresentados alguns projetos depesquisa em rede que envolvem vaacuterias destas sub-aacutereas em prol de umobjetivo comum
Biologia Avanccedilada na Produccedilatildeo dePequenos Ruminantes
Para efeitos didaacuteticos podemos dividir a Biologia Avanccedilada na produccedilatildeo depequenos ruminantes nas seguintes subaacutereas
Genocircmica estrutural e funcional
Proteocircmica
12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
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Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
23 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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12 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Bioinformaacutetica
Anotaccedilatildeo de genomas
Estudos de biodiversidade (caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de recur-sos geneacuteticos)
Bioprospecccedilatildeo
Prospecccedilatildeo de genes
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Transformaccedilatildeo geneacutetica (Transgenia)
Biosseguranccedila
Esta subdivisatildeo eacute uacutetil no entanto natildeo implica que o limite de cada umadestas subaacutereas seja intransponiacutevel De fato o que ocorre eacute uma inter-relaccedilatildeo muito intensa entre elas de modo que muitas vezes fica difiacutecildizer onde uma comeccedila ou termina (Fig 1)
Fig 1 Inter-relaccedilatildeo entre as diferentes subaacutereas da Biologia Avanccedilada
13 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
14 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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Genocircmica Estrutural e FuncionalA Genocircmica eacute uma aacuterea que despontou nos anos 90 com osequumlenciamento ainda em forma manual do genoma de um bacterioacutefagoEm seguida com o advento dos sequumlenciadores automaacuteticos foramsequumlenciados o genoma das bacteacuterias Haemophylus influenzae eMycoplasma genitalum por equipes lideradas por J Craig Venter Otrabalho que antes era complexo e demorado tornou-se mais faacutecil e aacutegilpossibilitando o sequumlenciamento de ateacute mesmo organismos superiorescomo a espeacutecie humana que teve a conclusatildeo de seu genoma anunciadoem 2001 (VENTER et al 2001)
A Genocircmica desde entatildeo vem causando um grande impacto em vaacuteriasoutras aacutereas do conhecimento uma vez que promete desvendar a estrutu-ra e funccedilatildeo de cada gene constituinte de um organismo O Brasil vemacompanhando os avanccedilos de perto e jaacute se tornou uma referecircncia mundialpor ter sido o primeiro paiacutes a sequumlenciar o genoma completo de umfitopatoacutegeno (Xylella fastidiosa) e por participar de outros projetos derepercussatildeo mundial (genoma humano do cacircncer genoma bovino etc)
A Genocircmica se divide em duas grandes aacutereas a genocircmica estrutural e afuncional A genocircmica estrutural como o nome indica estuda a estrutura dosgenes Suas abordagens vatildeo desde as ferramentas de mapeamento geneacuteticopassando pelo sequumlenciamento em larga escala de genes e incluindo a anaacuteliseestrutural e modelagem de proteiacutenas (Proteocircmica) Sua principal meta eacute ageraccedilatildeo de dados (sequumlecircncias gecircnicas e suas respectivas localizaccedilotildees nocromossomo) Por outro lado a genocircmica funcional tem como meta o estudo dafunccedilatildeo destes genes Sua principal ferramenta eacute o estudo da expressatildeo gecircnicadiferencial de transcritos de RNA mensageiro (comparaccedilatildeo de transcriptomas)entre perfis fisioloacutegicos ou patoloacutegicos desafios farmacoloacutegicos ou ateacute mesmoraccedilas ou espeacutecies distintas A proteocircmica tambeacutem estuda a expressatildeo gecircnicamas em niacutevel de traduccedilatildeo (perfil de expressatildeo proteacuteica ou proteoma)
Cabe neste momento detalhar os conceitos de genoma transcriptoma eproteoma Entende-se por genoma o conjunto gecircnico de um organismoincluindo os genes propriamente ditos as sequumlecircncias regulatoacuterias e as
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
20 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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demais sequumlecircncias de DNA de um organismo O genoma tem como carac-teriacutestica o fato de ser igual a princiacutepio para todas as diferentes ceacutelulas doorganismo Transcriptoma eacute o conjunto de sequumlecircncias transcritas ouRNAm Diferentemente do genoma o transcriptoma eacute caracteriacutestico paracada tipo celular uma vez que o repertoacuterio de genes expressos por umdado tecido difere significativamente de outros tecidos Aleacutem disso otranscriptoma pode diferir em funccedilatildeo de diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicasou patoloacutegicas bem como desafios farmacoloacutegicos distintos
Proteoma eacute a denominaccedilatildeo que se daacute ao conjunto de proteiacutenas expressasde um tecido O proteoma guarda muitas semelhanccedilas com otranscriptoma sobretudo no que tange agrave sua variaccedilatildeo em funccedilatildeo dediferentes tecidos ou situaccedilotildees (Tabela 2)
O que oTipo de moleacutecula conjunto de Caracteriacutestica Peculiar
moleacuteculas gera
DNA Genoma Conteuacutedo igual para todos os tipos decelulares de um organismo
RNA Transcriptoma Perfil diferenciado de acordo com
o tipo celular de um organismo
Proteiacutena Proteoma Perfil diferenciado de acordo com o
tipo celular de um organismo
Tabela 2 Dogma central da Biologia Molecular e as caracteriacutesticas de genomatranscriptoma e proteoma
Genocircmica EstruturalMapeamento GecircnicoDividido classicamente em mapeamento geneacutetico citoloacutegico e fiacutesico Osmapas geneacuteticos satildeo ferramentas jaacute bastante antigas que datam do iniacuteciodo seacuteculo passado que mostram a ordem dos genes em um cromossomoe satildeo construiacutedos a partir das frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo entre diferen-tes genes Os mapas citoloacutegicos se seguiram a estes e satildeo baseados em
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
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interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
27 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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padrotildees de bandeamento dos cromossomos obtidos atraveacutes da utilizaccedilatildeode diferentes corantes seguida da visualizaccedilatildeo em microscopia oacuteptica Jaacuteos mapas fiacutesicos mais recentes satildeo baseados em distacircncias molecularesmedidas em pares de bases Estes trecircs tipos de mapas se relacionamentre si embora natildeo de uma maneira exata Isto ocorre principalmenteporque as frequumlecircncias de recombinaccedilatildeo natildeo produzem mapas geneacuteticosexatamente proporcionais (SNUSTAD SIMMONS 2000)
Recentemente os mapas de ligaccedilatildeo (linkage maps) tambeacutem tecircm assumidogrande importacircncia nos estudos de genocircmica e geneacutetica molecular Elespermitem estudar a arquitetura geneacutetica de caracteriacutesticas quantitativasou seja identificar mapear e medir a magnitude do efeito dos principaisfatores geneacuteticos envolvidos no controle dessas caracteriacutesticas(FERREIRA GRATTAPAGLIA 1998) A base geneacutetica para a construccedilatildeode um mapa de ligaccedilatildeo eacute a recombinaccedilatildeo resultante do crossing overentre cromossomos homoacutelogos durante a meiose A recombinaccedilatildeo entrediferentes locos eacute associada com a distacircncia fiacutesica entre eles Eacute esperadoque dois locos muito distantes num cromossomo tenham maiores chancesde se recombinarem A fraccedilatildeo de recombinaccedilatildeo natildeo eacute aditiva ao longo docromossomo mas a aditividade aumenta com a distacircncia entre locos Estainferecircncia eacute o fundamento do mapeamento geneacutetico Entretanto a relaccedilatildeoentre recombinaccedilatildeo e distacircncia fiacutesica varia de organismo para organismo(LIU 1998)
A construccedilatildeo de um mapa de ligaccedilatildeo envolve a criaccedilatildeo de uma populaccedilatildeosegregante a partir de duas linhagens progenitoras identificaccedilatildeo dosgenoacutetipos de vaacuterios marcadores polimoacuterficos no genoma e a utilizaccedilatildeo dediversas metodologias de analise estatiacutestica e computacional para estimarligaccedilatildeo e distancia entre os marcadores (NONES 2004)
Os marcadores polimoacuterficos como os RFLPs do inglecircs restrictionfragment lenght polymorphisms) os microssateacutelites os VNTRs(variable number of tandem repeats os STRPs (short tandemrepeats polymorphisms) e os SNPs (single nucleotipdepolymorphisms) podem eventualmente se encontrar proacuteximos a genes de
16 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
18 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
20 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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16 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
interesse (em ligaccedilatildeo) facilitando os estudos de associaccedilatildeo entre tal genee uma caracteriacutestica fenotiacutepica de interesse Jaacute existem mapas de ligaccedilatildeodescritos tanto para ovinos (MADDOX et al 2001 GALLOWAY et al1996 CRAWFORD et al 1995) quanto para caprinos (VAIMAN et al1996)
Outras ferramentas importantes da genocircmica estrutural satildeo as bibliotecasBAC do inglecircs bacterial artificial chromosome Estes cromossomosartificiais de origem bacteriana podem albergar pedaccedilos de cromossomosde organismos superiores de tamanhos razoaacuteveis usualmente 150Kbnuma faixa que vai de 100Kb a 350Kb facilitando o estudo destes umavez que a anaacutelise de cromossomos inteiros eacute muito difiacutecil senatildeo inviaacutevelEstas bibliotecas tambeacutem jaacute estatildeo disponiacuteveis para ovinos (TABET-AOULet al 2000) e caprinos (SCHIBLER et al 1998)
Estas e outras ferramentas da genocircmica satildeo bastante uacuteteis para estudosconduzidos na espeacutecie em que foram descritas mas tambeacutem podem serextrapoladas para outras espeacutecies proacuteximas ou mesmo mais distantescaracterizando os estudos de genocircmica comparativa Em espeacutecies onde ainformaccedilatildeo geneacutetica eacute escassa e portanto poucas ferramentas satildeodisponiacuteveis como os pequenos ruminantes a genocircmica comparativa eacutebastante utilizada
SequumlenciamentoUma das primeiras decisotildees que devem ser tomadas quando se idealizaum projeto genoma eacute a abordagem a ser utilizada Dois caminhos podemser seguidos Um deles eacute o sequumlenciamento de bibliotecas genocircmicastambeacutem conhecido como estrateacutegia de shot-gun O outro eacute osequumlenciamento de bibliotecas de cDNA A diferenccedila baacutesica entre estasduas abordagens eacute que no sequumlenciamento das bibliotecas genocircmicas oDNA do organismo eacute sequumlenciado por inteiro o que inclui tanto as regiotildeescodificantes (genes) como as natildeo codificantes Para alcanccedilar este objeti-vo o DNA eacute fracionado em pedaccedilos menores e subclonado em vetoresapropriados que entatildeo satildeo introduzidos em bacteacuterias (E coli) que vatildeomultiplicaacute-los A utilizaccedilatildeo de diferentes vetores depende do tamanho do
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
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O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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fragmento a ser clonado Os plasmiacutedeos aceitam fragmentos de 0 a 10Kb assim como os bacterioacutefagos l cosmiacutedeos de 30 a 45 Kbbacterioacutefago P1 de 70 a 100 Kb cromossomo artificial de bacteacuteria BACateacute 350 Kb e cromossomo artificial de levedura YAC de 02 a 2Mb Apoacutesa amplificaccedilatildeo in vivo o DNA eacute extraiacutedo e sequumlenciado O Esquema 2ilustra cada uma destas etapas
Diferentemente no sequumlenciamento das bibliotecas de cDNA satildeosequumlenciadas apenas as regiotildees codificantes (os genes propriamenteditos) Neste caso o RNA mensageiro (RNAm) intermediaacuterio entre ainformaccedilatildeo gecircnica (DNA) e as proteiacutenas eacute convertido em uma moleacuteculamais estaacutevel o cDNA que eacute entatildeo subclonado e multiplicado em E coli(Fig 2)
Fig 2 Diferenccedilas e passos em comum das abordagens iniciais para o sequumlenciamento gecircnico
18 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
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O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
22 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
23 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
24 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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18 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O sequumlenciamento consiste em determinar a ordem dos nucleotiacutedeos deum fragmento de DNA e pode ser manual ou automaacutetico
O meacutetodo manual conteacutem duas variaccedilotildees A primeira foi desenvolvida emmeados dos anos 70 por Maxam e Gilbert (1977) e recebeu o nome desequumlenciamento quiacutemico ou degradaccedilatildeo quiacutemica Para a realizaccedilatildeo dessateacutecnica o DNA alvo eacute marcado com o composto radioativo foacutesforo 32 (P32)em uma de suas extremidades (5ou 3) Apoacutes a marcaccedilatildeo os fragmentos deDNA satildeo divididos em 4 tubos onde cada um deles recebe um tipo de trata-mento quiacutemico que causaraacute uma clivagem especiacutefica em G C G+A e T+CSe os fragmentos natildeo fossem separados em tubos diferentes a discrimina-ccedilatildeo de cada nucleotiacutedeo e posterior sequumlenciamento ocorreriam de maneiraincorreta Apoacutes a clivagem os fragmentos satildeo submetidos agrave eletroforese emgel de poliacrilamida e separados de acordo com o seu tamanho Avisualizaccedilatildeo eacute feita em radiografia onde com o auxiacutelio de uma reacutegua faz-se aleitura da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos do fragmento de DNA (FARAH 2007)
A segunda teacutecnica de sequumlenciamento manual foi desenvolvida por Sanger(1975) sendo conhecido como sequumlenciamento enzimaacutetico ou meacutetododideoxinucleotiacutedeos ou terminaccedilatildeo da cadeia Esse meacutetodo eacute baseado nacapacidade da enzima DNA polimerase estender a cadeia polinucleotiacutedica apartir de um iniciador ancorado por complementaridade em uma das fitas(fita molde) O DNA alvo tambeacutem eacute marcado com foacutesforo 32 (P32) radioati-vo e distribuiacutedo em 4 novos tubos Cada tubo conteacutem um nucleotiacutedeomodificado (didesoxinucleotiacutedeo ddNTP) ddATP ddGTP ddCTP ddTTPEsses nucleotiacutedeos satildeo quimicamente diferentes dos nucleotiacutedeos normais(dNTP) pelo fato de natildeo possuiacuterem um grupamento hidroxila OH no carbo-no 3 da pentose Como as fitas de DNA satildeo complementares a partir domolde a enzima vai adicionando o nucleotiacutedeo complementar(desoxinucleotiacutedeo- dNTP) ateacute a inserccedilatildeo de um nucleotiacutedeo modificado(ddNTP) que interrompe a extensatildeo da cadeia Isso eacute repetido em vaacuteriosciclos originando fragmentos de tamanhos diferentes marcados com cadanucleotiacutedeo separadamente Em seguida os produtos da reaccedilatildeo desequumlenciamento satildeo ordenados em gel de poliacrilamida e posteriormentelidos para a determinaccedilatildeo da sequumlecircncia de nucleotiacutedeos (FARAH 2007)
19 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
20 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
21 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
35 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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ZAROS LG BRICARELLO PA AMARANTE AFT COUTINHO LLQuantification of bovine cytokine expression using real-time RT-PCRmethodology Genetics and Molecular Biology v 30 p 575-579 2007
19 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O meacutetodo de sequumlenciamento automaacutetico utiliza o princiacutepio baacutesico domeacutetodo de Sanger Em sequumlenciadores automaacuteticos os diferentes ddNTPssatildeo ligados a moleacuteculas fluorescentes denominadas cromoacuteforos quequando estimuladas pelo raio laser do sequumlenciador emitem diferentescomprimentos de ondas que satildeo convertidos em bases nitrogenadas (AT G ou C) determinando assim a ordem de nucleotiacutedeos do fragmento deDNA de interesse
O maior avanccedilo do sequumlenciamento automaacutetico eacute a utilizaccedilatildeo do laser eprogramas de computadores especiacuteficos Aleacutem disso cada ddNTP eacute marca-do com uma moleacutecula fluorescente que quando excitada pelo laser emitecomprimentos de onda para cada tipo de base associada Dessa forma natildeohaacute necessidade de fazer quatro reaccedilotildees independentes para cada fragmentoa ser sequumlenciado Uma das etapas mais complicadas eacute o preparo do gel depoliacrilamida e a realizaccedilatildeo da eletroforese Entretanto nos sequumlenciadoresmais modernos a eletroforese ocorre no interior de microcapilares preenchi-dos com uma matriz linear de poliacrilamida que pode ser facilmentesubstituiacuteda a cada eletroforese facilitando ainda mais o sequenciamentoaleacutem de aumentar a velocidade de leitura (FARAH 2007)
Apoacutes o sequenciamento de bibliotecas genocircmicas os fragmentos de DNAque possuem um alto grau de sobreposiccedilatildeo satildeo remontados de modo aproduzir sequumlecircncias maiores (contigs) que por fim formaratildeo a sequumlecircnciafinal ininterrupta Esta uacuteltima etapa eacute impossiacutevel de ser realizada semferramentas apropriadas de bioinformaacutetica
Genocircmica FuncionalDe nada adianta propor projetos genoma com extensivas etapas desequumlenciamento se no final do processo natildeo for possiacutevel entender afunccedilatildeo e a inter-relaccedilatildeo dos genes sequumlenciados A maneira mais objetivade elucidar a funccedilatildeo dos genes eacute estudar a expressatildeo gecircnica Este eacuteexatamente o objetivo da Genocircmica Funcional e de certa forma tambeacutemda Proteocircmica que estudam respectivamente a expressatildeo do RNAmensageiro e as proteiacutenas
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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47 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
SILVA FLR ARARIPE FAM SANTOS JUNIOR LS SILVA JJSSOUSA VF Variabilidade geneacutetica em rebanhos de conservaccedilatildeo decaprinos de raccedilas naturalizadas do Nordeste Sobral Embrapa Caprinos2005 16 f (BNB-FUNDECI Projeto de Pesquisa No 0722005) Projetoconcluiacutedo
SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
SIMPSON AJ REINACH FC ARRUDA P ABREU FA ACENCIOM ALVARENGA R ALVES LM ARAYA JE BAIA GS BAPTISTACS BARROS MH BONACCORSI ED BORDIN S BOVEacute JMBRIONES MR BUENO MR CAMARGO AA CAMARGO LE
48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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Tecnologias para o Estudo da Expressatildeo Gecircnica Diferencial
Convencionalmente as anaacutelises dos padrotildees de expressatildeo gecircnica eramconduzidas com genes pontuais ou seja poucos genes analisados de cadavez As teacutecnicas utilizadas eram o northern blotting o ensaio de proteccedilatildeoda ribonuclease e o RT-PCR hoje consideradas claacutessicas Atualmente eacutemuito empregada a teacutecnica de RT-PCR quantitativa ou em tempo real quepossui grande especificidade e sobretudo sensibilidade (GIULIETTI et al2001) e tem se mostrado eficiente e precisa na quantificaccedilatildeo da expres-satildeo gecircnica em ruminantes (MEEUSE et al 2005 ZAROS 2007 ZAROSet al 2007 BRICARELLO et al 2008)
O primeiro meacutetodo de PCR em tempo real foi relatado por Higuchi em1993 usando brometo de etiacutedeo durante a amplificaccedilatildeo e umtermociclador modificado para irradiar as amostras com luz ultravioleta eentatildeo detectar o sinal de fluorescecircncia com uma cacircmara CCD Os sinaisfluorescentes eram plotados em funccedilatildeo do nuacutemero de ciclos fornecendouma boa indicaccedilatildeo da quantidade de produto de PCR gerado durante cadaciclo (WITTWER et al 1997)
Com o objetivo de tornar esta teacutecnica acessiacutevel agrave comunidade cientiacuteficaWittwer et al (1997) adaptaram um primeiro protoacutetipo do equipamentodenominado LightCycler que viria a ser um dos equipamentos mais utiliza-dos e indicados para anaacutelises de expressatildeo gecircnica Este equipamentorealiza raacutepidas quantificaccedilotildees da amplificaccedilatildeo de DNA de sequumlecircnciasespeciacuteficas em 10 a 15 minutos onde 30 ciclos de amplificaccedilatildeo podemser completados rotineiramente nesse periacuteodo minimizando os tempos dedesnaturaccedilatildeo e anelamento dos primers aumentado consequumlentemente aespecificidade e rendimento do produto
Desde a descoberta da PCR numerosas aplicaccedilotildees vecircm sendo descritaspara quantificaccedilatildeo da expressatildeo de RNAm tais como o meacutetodosemiquantitativo quantitativo competitivo e mais recentemente PCR emtempo real A introduccedilatildeo dessa nova metodologia baseada na cineacutetica defluorescecircncia possibilita a quantificaccedilatildeo do produto de PCR em tempo realprocesso que combina amplificaccedilatildeo e detecccedilatildeo em um soacute passo
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PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
SILVA FLR ARARIPE FAM SANTOS JUNIOR LS SILVA JJSSOUSA VF Variabilidade geneacutetica em rebanhos de conservaccedilatildeo decaprinos de raccedilas naturalizadas do Nordeste Sobral Embrapa Caprinos2005 16 f (BNB-FUNDECI Projeto de Pesquisa No 0722005) Projetoconcluiacutedo
SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
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48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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21 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
PCR em tempo real permite a quantificaccedilatildeo de transcritos raros aleacutem dedetectar pequenas mudanccedilas na expressatildeo gecircnica Eacute faacutecil de ser executa-do oferece a precisatildeo necessaacuteria e produz resultados confiaacuteveis possiacute-veis de serem reproduzidos em um periacuteodo de tempo relativamente curto(PFAFFL 2001)
Com o advento da era genocircmica foram desenvolvidas tecnologias quepermitem a anaacutelise da expressatildeo gecircnica de centenas de genes simultanea-mente Isto tornou os estudos mais raacutepidos e eficientes no entantoaumentou a complexidade das anaacutelises que devem entatildeo estar intimamen-te ligadas agrave bioinformaacutetica Existem teacutecnicas de estudo da expressatildeogecircnica em larga escala para todos os niacuteveis de orccedilamento Elas vatildeo dodifferential display (DDRT-PCR) o sequumlenciamento em larga escala deESTs as bibliotecas de cDNA subtrativas o RaSH do inglecircs rapidsubtraction hybridization a anaacutelise serial de expressatildeo gecircnica (SAGE)o MPSS (massively parallel signature sequencing) ateacute os macro emicroarranjos de DNA e os genechips Algumas destas tecnologias reque-rem a comparaccedilatildeo com banco de dados como o SAGE o MPSS e oRaSH Estes bancos de dados ainda natildeo estatildeo disponiacuteveis para ovinos ecaprinos o que torna limitada a aplicaccedilatildeo da tecnologia nestas espeacuteciesEsta situaccedilatildeo poderia ser contornada utilizando bancos de dados deespeacutecies proacuteximas como os bovinos No entanto nem para esta espeacutecieainda existem bancos de dados adequados situaccedilatildeo que tende a semodificar em breve A comparaccedilatildeo com banco de dados de espeacutecies maisdistantes poderia ser feita mas natildeo de maneira eficiente pelas proacutepriascaracteriacutesticas das teacutecnicas que se utilizam de sequumlecircncias pequenas paraidentificar cada gene o que torna mais difiacutecil de encontrar em bancos dedados uma sequumlecircncia correspondente ou proacutexima
A tecnologia de microarranjos consiste em fragmentos de DNA(oligonucleotiacutedeos ou cDNA) imobilizados num arranjo ordenado sobre umasuperfiacutecie soacutelida em alta densidade Os RNAs mensageiros ou maispropriamente os cDNAs que seratildeo testados satildeo marcados com corantesfluorescentes Os mais comuns satildeo as cianinas (Cy3 e Cy5) Osmicroarranjos entatildeo satildeo hibridizados com os cDNAs marcados provenien-
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tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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22 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
tes de amostras que se desejam comparar sendo que cada cDNA eacutemarcado com um fluoroacuteforo diferente de modo que o resultado seja umahibridizaccedilatildeo competitiva A intensidade de fluorescecircncia para cada ponto eacutedeterminada pela varredura dos microarranjos por um scanner que possuilasers capazes de excitar os fluoroacuteforos separadamente (MARQUESSILVA et al 2004) Se por exemplo a amostra controle foi marcada pelofluoroacuteforo verde (Cy3) e a amostra experimental foi marcada com ofluoroacuteforo vermelho (Cy5) a hibridizaccedilatildeo competitiva pode levar a trecircstipos de resultados a saber pontos verdes indicam que o gene em ques-tatildeo se espressa predominantemente na amostra controle e portanto eacuteconsiderado downregulated Pontos em vermelho indicam uma expressatildeoexclusiva na situaccedilatildeo experimental (genes upregulated) Pontos em amare-lo indicam uma equivalecircncia na expressatildeo entre situaccedilatildeo controle eexperimental e eacute o resultado da combinaccedilatildeo dos fluoroacuteforos Cy3 e Cy5(Fig 3) Podem ocorrer tambeacutem variaccedilotildees da tonalidade amarela tendendopara o verde ou para o vermelho Isto indica niacuteveis de expressatildeo entre assituaccedilotildees que natildeo satildeo nem equivalentes nem exclusivas de uma ou outraamostra Outra alternativa eacute fazer a marcaccedilatildeo das duas bibliotecas decDNA com apenas um corante e testaacute-los em lacircminas diferentes (sistemade uma cor) No caso dos genechips natildeo eacute feita a hibridizaccedilatildeo competitivaAo inveacutes disto as amostras de RNA satildeo hibridizadas separadamente emreacuteplicas dos genechips
Fig 3 Representaccedilatildeo de microarranjo de DNA em menor escala
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Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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47 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
SILVA FLR ARARIPE FAM SANTOS JUNIOR LS SILVA JJSSOUSA VF Variabilidade geneacutetica em rebanhos de conservaccedilatildeo decaprinos de raccedilas naturalizadas do Nordeste Sobral Embrapa Caprinos2005 16 f (BNB-FUNDECI Projeto de Pesquisa No 0722005) Projetoconcluiacutedo
SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
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48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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23 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Soacute existe ateacute o momento um microarranjo de DNA descrito para ovinos(KEANE et al 2006) que foi desenvolvido por um grupo neo-zelandecircs eutilizado no estudo da resistecircncia geneacutetica agrave verminose Para a espeacuteciecaprina ainda natildeo foram descritos estes tipos de ferramentas Aleacutem dissotambeacutem eacute muito comum recorrer-se agrave genocircmica comparativa aplicandopor exemplo microarranjos bovinos para testar cDNAs ovinos (DIEZ-TASCOacuteN et al 2005) O mesmo princiacutepio seraacute utilizado em projeto a seriniciado pela Embrapa Caprinos para testar cDNA de origem caprina (SIDERet al 2008)
ProteocircmicaA Proteocircmica compreende conhecimentos e teacutecnicas capazes natildeo soacute deidentificar um conjunto de proteiacutenas produzidas por um tecido comorevelar as interaccedilotildees e interdependecircncia dos processos bioloacutegicos A cadagene corresponde um ou mais RNAs mensageiros Por sua vez a cadaRNAm corresponde uma uacutenica proteiacutena A cada proteiacutena eacute atribuiacuteda umaconformaccedilatildeo espacial e portanto uma funccedilatildeo na ceacutelula
Agrave semelhanccedila do que ocorre com a Genocircmica Funcional atualmente satildeodisponiacuteveis tecnologias que permitem amostrar centenas ou milhares deproteiacutenas em geacuteis bidimensionais Para isto as proteiacutenas satildeo separadas apartir do fracionamento de um extrato celular e a subsequumlente identifica-ccedilatildeo de cada uma delas em eletroforese bidimensional Na primeira dimen-satildeo as proteiacutenas satildeo separadas por suas capacidades de protonaccedilatildeoatraveacutes de seus pontos isoeleacutetricos em um gradiente de pH que asdistinguem em funccedilatildeo da sua carga Na segunda dimensatildeo as proteiacutenassatildeo separadas por suas massas moleculares relativas e posteriormentecoradas para que possam ser visualizadas (Fig 4)
Entretanto eacute na espectrometria de massa que a proteocircmica tem encontra-do uma de suas principais aliadas A teacutecnica eacute utilizada para identificar esequenciar as proteiacutenas Neste processo a proteiacutena eacute excitada efracionada em fragmentos menores caracterizando o espectro de massasAs duas teacutecnicas disponiacuteveis a desorpccedilatildeo ionizante assitida por umamatriz (MALDI (KARAS HILLENKAMP 1988) e a ionizaccedilatildeo por
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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eletrodispersatildeo ESI (FENN et al 1989) satildeo amplamente utilizadas naidentificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos Ambas as teacutecnicaspodem ser combinadas com a medida em tempo de vocirco em alto vaacutecuo(TOF) Aleacutem da identificaccedilatildeo e sequumlenciamento de polipeptiacutedeos aespectrometria de massas tambeacutem eacute muito utilizada no estudo das modifi-caccedilotildees poacutes-traducionais (BISCH 2004)
Outras ferramentas como a cromatografia liacutequida de alta eficiecircncia(HPLC) tambeacutem podem auxiliar no estudo de fraccedilotildees proteacuteicas
Fig 4 Representaccedilatildeo graacutefica de um gel bidimensional
BioinformaacuteticaDevido ao crescente nuacutemero de informaccedilotildees geradas pelos projetosgenoma e proteoma houve a necessidade do desenvolvimento de ferra-mentas de bioinformaacutetica para processar o montante de informaccedilotildeesvisando facilitar o acesso e compreensatildeo dos pesquisadores
A sequumlecircncia de tratamento dos dados gerados denominada pipeline inicia-se com as leituras das sequumlecircncias obtidas pelo sequenciador Estas satildeo
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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submetidas a um primeiro programa denominado PHRED (EWING et al1998 EWING GREEN 1998) que analisa a qualidade e alinha as sequumlecircn-cias por similaridade A qualidade PHRED corresponde a um nuacutemero inteiroentre 0 e 99 e estaacute associada agrave probabilidade de erro de leitura Uma basecom qualidade 40 indica que o erro eacute de 1 base em 1000 Considera-seuma base como aceitaacutevel se tiver qualidade no miacutenimo 20 (1 base incorre-ta em 100) Apoacutes o alinhamento e atribuiccedilatildeo do valor de qualidade assequumlecircncias satildeo consideradas prontas para a proacutexima etapa do pipeline
Esta segunda etapa consiste na utilizaccedilatildeo dos programas PHRAP (EWINGet al 1998 EWING GREEN 1998) e CAP3 (HUANG MADAN 1999) Oprograma PHRAP lecirc os fragmentos jaacute digitalizados (alinhados e comqualidade) procura encontrar redundacircncias entre os mesmos e os uneformando sequumlecircncias maiores chamadas de consensos ou contigs Amontagem soacute eacute eficaz devido ao meacutetodo aleatoacuterio de clonagem quegarante estatisticamente que sempre haveraacute redundacircncia entre osfragmentos Isso tambeacutem garante a reconstituiccedilatildeo da sequumlecircncia genocircmicaoriginal Sem a redundacircncia natildeo eacute possiacutevel reconstituir o genoma
Essas etapas do tratamento bioinformaacutetico dos fragmentos de DNA satildeotrabalhosas mas podem ser tambeacutem muito automatizadas Tanto paragenomas de procariotos como de eucariotos esse processo estaacute bemdominado e a pesquisa nessa aacuterea se baseia em procurar novos algoritmosmais raacutepidos para montagem mais confiaacuteveis (por exemplo que tratemautomaticamente o problema de repeticcedilotildees) e que manipulem nuacutemeroscada vez maiores de fragmentos
Entretanto a conclusatildeo da montagem do genoma natildeo significa que ele jaacuteesteja completamete terminado Para sua finalizaccedilatildeo ainda haacute necessida-de de se concluir o processo de anotaccedilatildeo abordado em seguida
Anotaccedilatildeo de GenomasEste item tambeacutem faz parte da bioinformaacutetica poreacutem tem ganhado impor-tacircncia cada vez maior com a necessidade de anaacutelise do grande nuacutemero dedados gerados pelos diversos Projetos Genoma Eacute o que se chamacomumente de anotaccedilatildeo dos genomas
26 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
27 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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A anotaccedilatildeo eacute passo crucial para a finalizaccedilatildeo de um projeto genoma que arigor gera sequumlecircncias sem sentido Assim ela procura encontrar a localiza-ccedilatildeo fiacutesica das sequumlecircncias de DNA e descobrir onde estatildeo os genes osRNAs os elementos repetitivos os eacutexons e os iacutentrons a regiatildeo promotoraentre outras Esta eacute conhecida como anotaccedilatildeo em niacutevel de nucleotiacutedeos Jaacutea anotaccedilatildeo em niacutevel proteacuteico procura descobrir a provaacutevel funccedilatildeo dosgenes identificando quais satildeo aqueles que determinado organismo possui equais ele natildeo possui e a anotaccedilatildeo em niacutevel de processo onde se procuraidentificar as vias e processos nos quais diferentes genes interagemmontando uma anotaccedilatildeo funcional eficiente (STEIN 2001)
Nesta fase de anotaccedilatildeo compara-se a sequumlecircncia obtida com outras jaacutedepositadas nos bancos de dados e cujas funccedilotildees satildeo previamenteconhecidas Neste caso parte-se do princiacutepio que sequumlecircncias estrutural-mente similares devem ter funccedilotildees tambeacutem similares Esse fato eacute quenorteia a identificaccedilatildeo bioloacutegica funcional gecircnica in silico
Entretanto antes de comparar sequumlecircncias gecircnicas desconhecidas comoutras de funccedilatildeo conhecida eacute necessaacuterio identificar propriamente osgenes do genoma No caso de genomas de eucariotos onde os genes satildeointerrompidos por iacutentrons e eacutexons o processo eacute um pouco mais complica-do Existem vaacuterios programas que realizam essa tarefa Dois programasbastante utilizados satildeo Glimmer (DELCHER et al 1999) e Genemark(BORODOVSKY MCININCH 1993) O programa Glimmer procura nasequumlecircncia genocircmica de grandes ORFs (do inglecircs Open Reading Frame) ocoacutedon de iniacutecio e o de terminaccedilatildeo O Programa Genemark eacute mais precisopois considera tambeacutem um modelo da regiatildeo intergecircnica Com um conjuntofinal de ORFs putativas cada sequumlecircncia eacute entatildeo alinhada ou seja compa-rada com outras sequumlecircncias de funccedilatildeo conhecida Existem alguns bancospuacuteblicos como o banco do Genbank (CNBI 2008) e o Swiss Prot (2008)que satildeo comumente utilizados como base de comparaccedilatildeo
As sequumlecircncias jaacute identificadas tambeacutem podem ser submetidas agrave caracteri-zaccedilatildeo pelo Gene Ontology (2008) que teve iniacutecio a partir da necessidadede anotaccedilatildeo do genoma da Drosophila Saccharomyces e camundongo emuma uacutenica linguagem que descrevesse os principais processos bioloacutegicos
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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Essa necessidade em comum resultou no desenvolvimento de um conjuntode termos inseridos em categorias que se associam aos produtos gecircnicosgerados
As principais categorias geradas pelo Gene Ontology satildeo (1) componentecelular (2) processo bioloacutegico e (3) funccedilatildeo molecular Neste programa umgene pode ser anotado em mais de uma categoria visto que este pode termais de uma funccedilatildeo estar envolvido em uma variedade de processos eoudesempenhar essa funccedilatildeo em vaacuterias localidades celulares (HILL et al2001)
Eacute rotina dos bioinformatas bioacutelogos e demais profissionais da aacutereaverificar manualmente ORF a ORF utilizando um programa de ediccedilatildeo pelaWeb que permite aos anotadores modificarem as escolhas feitas pelocomputador alterando informaccedilotildees estruturais eou funcionais O trabalhoeacute considerado realizado quando o genoma estaacute decodificado e minimamen-te anotado com seus genes identificados e conferidos (CARRAROKITAJIMA 2002)
Nesse contexto devido agrave grande importacircncia das anaacutelises de Bioinformaacuteticapara a Genocircmica e Proteocircmica seria de grande importacircncia que cada grandecentro de pesquisa estivesse associado a um nuacutecleo de BioinformaacuteticaAleacutem disto centros menores podem contar com a consultoria destesnuacutecleos Sempre que um pesquisador delinear um experimento envolvendoGenocircmica ou Proteocircmica a consulta ao bioinformata se faz necessaacuteria damesma forma que a consulta a um bioestatiacutestico
A Genocircmica a Proteocircmica e a Bioinformaacutetica aleacutem de aacutereas que produzeminformaccedilatildeo proacutepria tambeacutem satildeo ferramentas para o estudo de outrassubaacutereas da Biologia Avanccedilada Estas aacutereas seratildeo abordadas a seguir
Estudos de Biodiversidade (caracterizaccedilatildeo econservaccedilatildeo de recursos geneacuteticos)A caracterizaccedilatildeo de uma espeacutecie eacute o primeiro passo rumo ao pleno conheci-mento desta e eacute essencial para os estudos de conservaccedilatildeo melhoramento
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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geneacutetico e bioprospecccedilatildeo A caracterizaccedilatildeo de um dado organismo vivopode ser morfoloacutegica fisioloacutegica bioquiacutemica ou molecular Na caracterizaccedilatildeomorfoloacutegica satildeo registrados a forma e a estrutura dos diversos constituintesdo organismo Na caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica eacute feito o estudo da funccedilatildeo decada uma destas partes e inter-relaccedilatildeo entre o funcionamento de outrostecidosoacutergatildeos No caso da caracterizaccedilatildeo bioquiacutemica satildeo estudados osprocessos bioquiacutemicos (reaccedilotildees que ocorrem no organismo) e por fim nacaracterizaccedilatildeo molecular o organismo eacute dissecado em niacutevel molecular comestudos de estrutura funccedilatildeo e inter-relaccedilatildeo entre as moleacuteculas
Um estudo tiacutepico de caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de mamiacuteferos envolveas seguintes etapas 1 conhecer a variabilidade geneacutetica 2 restaurar avariabilidade (com o emprego de bioteacutecnicas da reproduccedilatildeo e ferramentasde biologia molecular) e 3 a conservaccedilatildeo propriamente dita
Segundo o WWF-Brasil (2008) o termo biodiversidade ou diversidadebioloacutegica descreve a riqueza e a variedade do mundo natural que inclui asplantas os animais e os microrganismos
As tecnologias genocircmicas podem ser empregadas como ferramentas paraagregar valor aos estudos de biodiversidade incluindo a caracterizaccedilatildeo omelhoramento geneacutetico e a conservaccedilatildeo das espeacutecies A Genocircmicaengloba uma seacuterie de etapas que contribuem para a geraccedilatildeo da informaccedilatildeonecessaacuteria acerca dos genes e suas funccedilotildees Estas etapas vatildeo desde achamada Genocircmica Estrutural que inclui o mapeamento do genomapassando por extensivas etapas de sequumlenciamento gecircnico ateacute os estu-dos de expressatildeo gecircnica que fazem parte da Genocircmica Funcional
Eacute possiacutevel localizar dentro de um cromossomo os genes envolvidos comcertas caracteriacutesticas de interesse dentro de um cromossomo por meio deferramentas de mapeamento gecircnico Da mesma forma pode-se acessar aposiccedilatildeo deste gene em relaccedilatildeo a outros genes Com o sequumlenciamento doDNA eacute possiacutevel detalhar a informaccedilatildeo ateacute o niacutevel dos nucleotiacutedeos (unida-des miacutenimas baacutesicas) que o constituem
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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De posse destas ferramentas a anaacutelise comparativa de diferentesgenomas permite estabelecer a correspondecircncia entre genes e outrascaracteriacutesticas em diferentes organismos possibilitando uma anaacutelisefilogeneacutetica das mesmas Por sua vez estes estudos filogeneacuteticos permi-tem entender os processos evolutivos responsaacuteveis pela divergecircncia entredois genomas por exemplo Eacute com base nestas comparaccedilotildees que hoje sesabe que muitas espeacutecies de mamiacuteferos como o ser humano (Homosapiens) e o camundongo (Mus musculus) possuem uma homologia(semelhanccedilas estrutural) muito grande de sequumlecircncias apesar de bemdistintas entre si Eacute de se esperar que quanto maior a homologia geneacuteticamenor a distacircncia filogeneacutetica entre espeacutecies Diferentemente uma grandedistacircncia filogeneacutetica natildeo implica que dois organismos distintos natildeotenham qualquer homologia De fato existem inuacutemeros genes conservadosentre organismos tatildeo diferentes como os mamiacuteferos e as bacteacuterias Sabe-se hoje que as diferenccedilas gecircnicas residem em grande parte nas alteraccedilotildeesde alguns poucos nucleotiacutedeos (mutaccedilotildees pontuais) O estudo destasdiferenccedilas eacute uacutetil tanto na comparaccedilatildeo entre espeacutecies diferentes quanto nacomparaccedilatildeo de indiacuteviduos da mesma espeacutecie (polimorfismos) Estasalteraccedilotildees pontuais satildeo chamadas de polimorfismos de base uacutenica(SNPs do inglecircs Single Nucleotide Polymorphisms)
Um dos caminhos que os estudos de biodiversidade podem seguir eacute o domelhoramento geneacutetico molecular Neste caso as ferramentas demapeamento gecircnico satildeo tambeacutem muito utilizadas especialmente naseleccedilatildeo assistida por marcadores Os QTLs (do inglecircs QuantitativeTrait Loci) satildeo um tipo de marcadores moleculares constituiacutedos porestruturas conhecidas como microssateacutelites (regiotildees de DNA de sequumlecircnciarepetitiva) Estes QTLs (constituiacutedos por regiotildees microssateacutelites) podemestar situados relativamente proacuteximos aos genes que afetam caracteriacutesti-cas quantitativas como peso altura produccedilatildeo leiteira entre outras Estadistacircncia eacute suficientemente pequena para permitir a associaccedilatildeo de umdado fenoacutetipo ao QTL em questatildeo Este entatildeo pode se tornar um marcadormolecular com aplicaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores Outrostipos de marcadores tambeacutem muito utilizados satildeo os RFLPs e maisrecentemente os SNPs Uma associaccedilatildeo positiva entre o marcador e a
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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caracteriacutestica de interesse indica a regiatildeo do genoma mas natildeo necessaria-mente o gene responsaacutevel pela caracteriacutestica No entanto para fins deutilizaccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores este marcador jaacute eacute sufici-ente Se for necessaacuterio eacute possiacutevel se chegar ao gene exato com ferramen-tas como a clonagem posicional
Finalmente a genocircmica funcional que envolve estudos de expressatildeogecircnica em larga escala pode servir tanto como ferramenta adicional emestudos comparativos procurando elucidar mecanismos bioloacutegicos emcomum entre espeacutecies diferentes como constituindo uma abordagemauxiliar na procura de genes associados a caracteriacutesticas de interesse(seleccedilatildeo assistida por marcadores)
Recentemente pesquisadores da Embrapa Caprinos concluiacuteram doisprojetos de pesquisa sobre a caracterizaccedilatildeo e conservaccedilatildeo de raccedilascaprinas (SILVA et al 2005 ARAUacuteJO et al 2005) A Embrapa RecursosGeneacuteticos e Biotecnologia tambeacutem possui o Programa Brasileiro de conser-vaccedilatildeo de recursos geneacuteticos animais (EGITO et al 2002) Entre outrasespeacutecies este programa apresenta frentes de conservaccedilatildeo de ovinos ecaprinos principalmente na regiatildeo Nordeste
BioprospecccedilatildeoOs organismos bioloacutegicos plantas animais e microrganismos tecircm ogrande potencial de fornecer alimentos princiacutepios ativos de medicamentose boa parte da mateacuteria-prima industrial consumida pelo ser humano Acoleta de material bioloacutegico com a finalidade de explorar os recursosgeneacuteticos neste sentido eacute conhecida como bioprospecccedilatildeo De modo geraleacute o meacutetodo ou forma de localizar avaliar e explorar sistemaacutetica e legal-mente a diversidade de vida existente em determinado local (SANTOS etal 2001) A bioprospecccedilatildeo tem como principal finalidade a busca derecursos geneacuteticos e bioquiacutemicos para fins comerciais
Apesar da maioria das substacircnicas naturais promotoras de sauacutede humanaser de origem vegetal (KUHN 1998) os pequenos ruminantes tambeacutempodem ser explorados principalmente como fonte de alimentos em especial
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aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
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48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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31 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
aqueles chamados nutracecircuticos ou alimentos funcionais que possuempropriedades fisioloacutegicasbioloacutegicas que vatildeo aleacutem das propriedades nutriti-vas O leite de cabra e seus derivados tecircm sido explorados neste sentido AEmbrapa Caprinos e Ovinos tem investido na produccedilatildeo de queijos tipo coalhopor meio da adiccedilatildeo de bacteacuterias probioacuteticas (SANTOS et al 2008)
A carne ovina agrave semelhanccedila da de origem bovina tem sido consideradaum alimento pouco saudaacutevel devido agrave fraccedilatildeo lipiacutedica que a caracteriza(PRATES MATEUS 2002) No entanto eacute possiacutevel diminuir o teor deaacutecidos graxos saturados e gordura trans aumentando-se a proporccedilatildeo deaacutecidos graxos poli-insaturados na dieta dos animais (GEAY et al 2001)Foi demostrado que a carne de origem caprina eacute pouco gordurosa superan-do inclusive a carne de frango neste quesito (CAVALCANTE 2008)
Haacute tambeacutem a possibilidade de estudar moleacuteculas especiacuteficas provenientesde amostras bioloacutegicas como o leite o secircmen e outras com a finalidade deinvestigar propriedades farmacoloacutegicas nestas Foi relatado que proteiacutenasdo soro do leite coalhado apresentam atividade anticanceriacutegena em huma-nos (McINTOSH et al 1998) No mesmo material foram tambeacutem encon-trados peptiacutedeos opiaacuteceos e peptiacutedeos inibidores da enzima conversora deangiotensina I (LEPPALA 2001) O aacutecido linoleacuteico conjugado (CLA) quepode ser encontrado na carne possui atividade anticanceriacutegena
Prospecccedilatildeo de GenesAteacute pouco tempo atraacutes o enfoque das pesquisas cientiacuteficas consistia emconhecer inicialmente uma determinada funccedilatildeo bioloacutegica e em seguidabuscar o gene responsaacutevel por esta caracteriacutestica Atualmente com oadvento da Genocircmica e com o consequumlente grande volume de genes sendodescobertos dia apoacutes dia a situaccedilatildeo se inverteu Agora satildeo estes genesem sua maioria desconhecidos que demandam caracterizaccedilatildeo (MALONEet al 2006) Este processo inverso de caracterizaccedilatildeo se denominaprospecccedilatildeo de genes
A prospecccedilatildeo de genes eacute um dos desafios atuais da ciecircncia Profissionaisda bioinformaacutetica em parceria com bioacutelogos precisam analisar grandes
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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volumes de informaccedilatildeo A prospecccedilatildeo de genes embora tenha avanccediladobastante nos uacuteltimos tempos ainda se constitui numa aacuterea a ser explora-da principalmente nos organismos eucarioacuteticos
O processo de prospecccedilatildeo de genes envolve tanto anaacutelises in silico(bioinformaacutetica) como anaacutelises moleculares O processo se inicia com aprocura de sequumlecircncias gecircnicas nos bancos de dados disponiacuteveis Estassequumlecircncias satildeo entatildeo alinhadas umas com as outras de modo que sejamidentificadas as sequumlecircncias similares ou domiacutenios conservados Com estainformaccedilatildeo satildeo entatildeo construiacutedos oligonucleotiacutedeos iniciadores (primers)degenerados que satildeo pequenas sequumlecircncias de DNA contendo mais de umacombinaccedilatildeo de bases permitindo com que sequumlecircncias com pequenasdiferenccedilas sejam amplificadas igualmente Em paralelo a isto satildeoconstruiacutedas bibliotecas de cDNA a partir de RNA extraiacutedo de determinadostecidos que satildeo entatildeo submetido agrave transcriccedilatildeo reversa Finalmente eacute feita atriagem destas bibliotecas de cDNA por meio de reaccedilotildees em cadeia dapolimerase (PCR) utilizando os primers degenerados (MALONE et al 2006)
Melhoramento Geneacutetico (seleccedilatildeo assistida pormarcadores)A seleccedilatildeo eacute a base do melhoramento geneacutetico animal Esta consiste naescolha mais adequada dos indiviacuteduos que produziratildeo descendenteslevando em consideraccedilatildeo aquelas caracteriacutesticas morfoloacutegicas eouprodutivas que se deseja ver expressas na geraccedilatildeo seguinte Deste modoa seleccedilatildeo eacute uma ferramenta que tem o objetivo de melhoria ou fixaccedilatildeo dealguma caracteriacutestica de importacircncia e aumentar na populaccedilatildeo a frequumlecircn-cia de alelos favoraacuteveis
A seleccedilatildeo pode ser fenotiacutepica ou seja baseada na observaccedilatildeo das caracte-riacutesticas visiacuteveis ou mensuraacuteveis de um indiviacuteduo produzidas pela interaccedilatildeoentre genes e ambiente A seleccedilatildeo fenotiacutepica eacute bastante utilizada pelosprodutores sobretudo porque natildeo necessita de qualquer anaacutelise adicionalNo entanto deve-se levar em conta que nem sempre as caracteriacutesticasvisiacuteveis ou mensuraacuteveis satildeo herdadas De qualquer forma a observaccedilatildeo dascaracteriacutesticas fenotiacutepicas eacute essencial para as anaacutelises dos dois tipos de
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
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O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
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seleccedilatildeo genotiacutepica abordados a seguir A seleccedilatildeo genotiacutepica (baseada nogenoacutetipo) se divide em quantitativa ou molecular Na seleccedilatildeo genotiacutepicaquantitativa dados fenotiacutepicos relacionados a caracteriacutesticas de interesseeconocircmico satildeo analisados por foacutermulas matemaacuteticas complexas quepermitem calcular as medidas de herdabilidade de cada caracteriacutestica Aleacutemdisso fornecem informaccedilotildees acerca dos reprodutores que mais efetivamen-te transmitem essa caracteriacutestica para seus descendentes Finalmente aseleccedilatildeo genotiacutepica molecular eacute uma nova e importante ferramenta para omelhoramento geneacutetico animal que tem como princiacutepio a busca por genescandidatos associados agraves caracteriacutesticas de interesse e a sua aplicaccedilatildeocomo marcadores moleculares na seleccedilatildeo assistida por marcadores Paraisso satildeo utilizados testes de DNA cuja teacutecnica promete ser raacutepida econfiaacutevel de modo que seus altos custos de implantaccedilatildeo e execuccedilatildeo sejamlogo recuperados Esta forma de seleccedilatildeo como qualquer outra tambeacutemrequer a informaccedilatildeo fenotiacutepica
A seleccedilatildeo assistida por marcadores possui trecircs ferramentas de estudopara chegar aos genes candidatos o mapeamento geneacutetico a busca dogene principal e a expressatildeo gecircnica diferencial (genocircmica funcional)
O primeiro caminho que tambeacutem eacute a abordagem mais claacutessica eacute omapeamento geneacutetico atraveacutes do estudo de loci ou regiotildeescromossocircmicas que afetam caracteriacutesticas quantitativas (como produccedilatildeoleiteira maciez da carne desenvolvimento ponderal resistecircncia a doenccedilasentre outras) Esses satildeo os chamados QTLs (do inglecircs quantitativetrait loci) ou ainda ETLs (economic trait loci) e consistem na anaacutelisede regiotildees especiacuteficas do cromossomo (os microssateacutelites) de todos osindiviacuteduos de grandes famiacutelias de animais formadas por acasalamentosdirecionados Esses estudos permitem o estabelecimento de correlaccedilotildeesentre o perfil dos microssateacutelites e o desempenho produtivo dos animaistestados Assim eacute possiacutevel mapear os cromossomos tentando identificara localizaccedilatildeo dos genes envolvidos com determinada caracteriacutestica deproduccedilatildeo Uma determinada regiatildeo de QTL pode gerar por si soacute ummarcador geneacutetico sem necessariamente identificar o gene ou os genesresponsaacuteveis pelo fenoacutetipo
34 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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34 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
O segundo caminho denominado busca do gene principal baseia-se noconhecimento preacutevio dos mecanismos fisioloacutegicos envolvidos com a manifes-taccedilatildeo das caracteriacutesticas de produccedilatildeo em questatildeo e na tentativa de pesquisaras variaccedilotildees na sequumlecircncia (polimorfismos) ou na expressatildeo de genes especiacutefi-cos (enzimas hormocircnios receptores ou outras proteiacutenas) entre indiviacuteduos queapresentem fenoacutetipos distintos Eacute uma abordagem limitada uma vez quetrabalha com um ou poucos genes de cada vez e sabe-se que a maioria dascaracteriacutesticas fisioloacutegicas satildeo determinadas por vaacuterios genes
Finalmente a utilizaccedilatildeo da terceira abordagem o estudo da expressatildeogecircnica diferencial (genocircmica funcional) tem crescido a cada dia Estaabordagem baseia-se no princiacutepio de que os animais que apresentamcaracteriacutesticas fenotiacutepicas diferentes possam diferir tanto qualitativamen-te quanto quantitativamente na produccedilatildeo de RNA mensageiro (RNAm) econsequumlentemente na expressatildeo da proteiacutena que o mesmo codifica Asteacutecnicas de anaacutelise de expressatildeo gecircnica em larga escala permitem estudarinuacutemeros genes simultaneamente identificando aqueles que estejamdiferencialmente expressos e eventualmente agrupaacute-los quanto ao seuenvolvimento em diferentes situaccedilotildees fisioloacutegicas eou patoloacutegicas Agenocircmica funcional na maioria dos casos ainda eacute uma abordagemdispendiosa e relativamente demorada pois apesar de indentificar genescandidatos natildeo produz marcadores prontos para serem aplicados naseleccedilatildeo assistida por marcadores
Recentemente criada a Geneacutetica Genocircmica visa integrar as tecnologias demapeamento gecircnico e da genocircmica funcional Suas ferramentas principaissatildeo os QTLs de expressatildeo (eQTLs) que combinam as genotipagensaos microarranjos de DNA
Apesar de todos os esforccedilos a seleccedilatildeo assistida por marcadores aindanatildeo estaacute sendo plenamente aplicada ao melhoramento de ovinos ecaprinos em parte em funccedilatildeo da escassez de informaccedilatildeo geneacutetica nestasespeacutecies principalmente em caprinos Enquanto natildeo se dispotildee deste tipode informaccedilatildeo esta limitaccedilatildeo pode ser superada com a utilizaccedilatildeo deferramentas de geneacutetica molecular e genocircmica comparativas
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Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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35 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Estudos recentes em diversas unidades da Embrapa tecircm investido naidentificaccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agraveverminose gastrintestinal em ovinos Algumas regiotildees cromossocircmicascomo o cromossomo 3 (GOUVEIA et al 2007) e o cromossomo 20 (dadosnatildeo publicados) estatildeo sendo estudadas quanto agrave sua associaccedilatildeo agrave resis-tecircncia geneacutetica agrave verminose Essas regiotildees satildeo conhecidas por contergenes do sistema imune como o interferon gama e as moleacuteculas docomplexo de histocompatibilidade principal (CHP) respectivamente queparticipam da resposta parasita-hospedeiro Aleacutem disso a EmbrapaCaprinos e Ovinos estaacute iniciando uma linha de pesquisa que visa a identifi-caccedilatildeo de genes candidatos associados agrave resistecircncia agrave verminose emcaprinos por meio de ferramentas de geneacutetica molecular (genotipagens demarcadores) e de expressatildeo gecircnica diferencial pontual (PCR em temporeal) e global (microarranjos de DNA SIDER et al 2008)
Diante de todas estas perspectivas de avanccedilo acredita-se que dentro depoucos anos jaacute teratildeo sido identificados genes candidatos passiacuteveis de aplica-ccedilatildeo na seleccedilatildeo assistida por marcadores natildeo soacute para a resistecircncia geneacutetica agraveverminose mas para outras caracteriacutesticas produtivas de interesse
Transformaccedilatildeo Geneacutetica (Transgenia)A clonagem jaacute eacute uma realidade em pequenos ruminantes e pode-se dizerque a transgenia tambeacutem Existe hoje um grande interesse mundial naexpressatildeo de transgenes (modificaccedilotildees da informaccedilatildeo geneacutetica de umorganismo por meio da tecnologia de DNA recombinante) na glacircndulamamaacuteria de espeacutecies de aptidatildeo leiteira Os ovinos jaacute se mostraramexcelentes modelos para a clonagem realizada por transferecircncia nuclear apartir de ceacutelulas embrionaacuterias e somaacuteticas (CAMPBELL et al 1996) etambeacutem para a clonagem associada agrave transgenia (SCHNIEKE et al 1997)Atualmente as cabras satildeo tambeacutem oacutetimos modelos para a transgenia Aespeacutecie caprina tem sido atualmente a espeacutecie de escolha para a realiza-ccedilatildeo da transgenia por apresentar uma alta produccedilatildeo de leite e por possuiralgumas vantagens em relaccedilatildeo agrave espeacutecie bovina como a prolificidade (oparto gemelar eacute muito comum) um periacuteodo de gestaccedilatildeo menor (150 diasem comparaccedilatildeo aos 9 meses da vaca) e menor intervalo entre partos que
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aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
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incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
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como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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36 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
aumentam a vida uacutetil do animal e um menor custo de manutenccedilatildeo
O Brasil produziu recentemente o primeiro caprino transgecircnico da AmeacutericaLatina O grupo de pesquisa cearense responsaacutevel com parceria de outrosestados e tambeacutem de outros paiacuteses tentou inicialmente padronizar osprocedimentos reprodutivos necessaacuterios para a produccedilatildeo de animaistransgecircnicos Foram produzidos animais apoacutes a microinjeccedilatildeo pronuclear deembriotildees no entanto nenhum se comprovou ser transgecircnico (FREITAS etal 2003) Apesar do insucesso em produzir animais transgecircnicos o grupofoi eficiente na padronizaccedilatildeo das tecnologias reprodutivas a serem empre-gadas com esta finalidade de gerar os transgecircnicos Tanto eacute que emestudo posterior o grupo teve sucesso em produzir Carlos um machotransgecircnico para o gene do fator estimulante de colocircnia de granuloacutecitoshumano hG-CSF (FREITAS et al 2007) O hG-CSF eacute um fator de cresci-mento hematopoieacutetico utilizado para prevenir a neutropenia e a leucopeniainduzidos por procedimentos como radiaccedilatildeo e quimioterapia intensiva emhumanos Este fator tambeacutem pode ser aplicado no tratamento de pacientesimunossuprimidos no infarto do miocaacuterdio e na isquemia cerebral Ahipoacutetese de trabalho era a de que um pequeno rebanho transgecircnico expres-sando este fator poderia suprir todo o Brasil na produccedilatildeo do hG-CSF
As principais etapas da construccedilatildeo do animal transgecircnico foram o desen-volvimento do DNA a ser introduzido (fusatildeo dos genes hG-CSF e alfa s1-caseiacutena) a superovulaccedilatildeo e fertilizaccedilatildeo das fecircmeas a coleta de embriotildeese a visualizaccedilatildeo dos mesmos em microscoacutepio para a identificaccedilatildeo dos doispronuacutecleos (o embriatildeo a ser microinjetado deve estar no estaacutegio de umauacutenica ceacutelula) Em seguida a microinjeccedilatildeo do DNA exoacutegeno (fusatildeo dosgenes) em pronuacutecleo e a transferecircncia dos embriocirces manipulados parareceptoras sincronizadas Depois do nascimento dos animais foi feita aconfirmaccedilatildeo da incorporaccedilatildeo do transgene pela reaccedilatildeo em cadeia dapolimerase (PCR)
Recentemente o grupo mudou de estrateacutegia e vem tentando a produccedilatildeo detransgecircnicos por meio de outra teacutecnica a transferecircncia nuclear(clonagem) Alguns animais inclusive jaacute nasceram por este procedimento
37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
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Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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37 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
incluindo trecircs transgecircnicos (dois machos e uma fecircmea)
Recentemente o grupo cearense formou uma parceria com um gruponorte-americano para a produccedilatildeo de caprinos transgecircnicos para a enzimalisozima humana (MAGA et al 2006a) fator antimicrobiano cujo empregoem crianccedilas e animais jovens estaacute associado a um rearranjo da microfloraintestinal e portanto agrave diminuiccedilatildeo da ocorrecircncia da diarreacuteia infantil(BRUNDIGE et al 2008 MAGA et al 2006b)
BiosseguranccedilaA Biosseguranccedila eacute o conjunto de normas e medidas relacionadas agrave preven-ccedilatildeo minimizaccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo de riscos associados agraves atividades deproduccedilatildeo pesquisa e desenvolvimento tecnoloacutegico que possam ameaccedilar asauacutede humana dos animais ou do meio ambiente aleacutem de influenciar naqualidade dos trabalhos desenvolvidos (DEFFUNE PARDINI 2004)
As medidas preventivas satildeo delineadas de acordo com os agentes derisco que podem ser fiacutesicos quiacutemicos ou bioloacutegicos
Os equipamentos de proteccedilatildeo individual (EPI) como avental luvas oacuteculosde proteccedilatildeo e maacutescara constituem barreiras entre o agente contaminantee o usuaacuterio Aleacutem disso existem os equipamentos de proteccedilatildeo coletiva(EPC) como as cabinas de seguranccedila bioloacutegica e quiacutemica que constituemuma barreira mecacircnica que evita a fuga de aerosoacuteis para o ambiente dolaboratoacuterio minimizando o contaacutegio por inalaccedilatildeo Duchas lava-olhos eextintores de incecircndio tambeacutem satildeo considerados EPC (DEFFUNE PARDINI2004) Uma das principais contribuiccedilotildees da Biosseguranccedila eacute o conjunto denormas as Boas Praacuteticas Laboratoriais (BPL) que dizem respeito agrave organi-zaccedilatildeo e ao delineamento de procedimentos laboratoriais e de campo Essasnormas incluem tambeacutem os procediemnto de embalagem e transporte deamostras bem como da coleta e processamento de resiacuteduos (DEFFUNEPARDINI 2004)
A Biosseguranccedila bem como a Bioinfomaacutetica se relacionam com todas asoutras subaacutereas da Biologia Avanccedilada sendo que a Biosseguranccedila dita
38 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
como o pesquisador deve proceder nos seus experimentos em prol da suaseguranccedila a de seus colegas dos animais e do meio-ambiente
Projetos Envolvendo DiversasSubaacutereas da Biologia Avanccedilada naProduccedilatildeo de Pequenos Ruminantes
Genoma OvinoRecentemente foi criado um consoacutercio mundial (International Sheep GenomicsConsortium ISGC) encabeccedilado por alguns grupos de pesquisa australianosno sentido de mapear e sequumlenciar o genoma ovino O Brasil participa desteconsoacutercio atraveacutes da Embrapa Recursos Geneacuteticos e Biotecnologia
Ateacute o momento foi produzida uma biblioteca BAC (concluiacuteda em 2002) queconsiste de 203000 clones recombinantes com o tamanho meacutedio de 184Kb erepresenta uma cobertura de aproximadamente 12 a 14 vezes do genomaovino
No momento existem 210025 ESTs depositadas no NCBI (2008) Grandeparte destas ESTs foi sequumleciada por laboratoacuterios do consoacutercio Tambeacutemestaacute programado o desenvolvimento de um SNP chip de alta densidadeO SNP chip eacute uma espeacutecie de genechip onde satildeo imobilizados centenas oumilhares de SNPs Esses arranjos tecircm como finalidade realizargenotipagens raacutepidas e eficientes
Projeto BioBodeNo mesmo sentido um projeto brasileiro de grande porte apoiado financei-ramente pela FINEP intitulado Desenvolvimento de Biotecnologias paraPromoccedilatildeo Socioeconocircmica Sustentaacutevel da Caprinocultura e mais conhecidocomo BioBode estaacute sendo iniciado O projeto envolve vaacuterias instituiccedilotildees depesquisa nordestinas incluindo a Universidade Federal de Pernambuco(UFPE) a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) a Universida-de Federal do Cearaacute (UFC) a Universidade Estadual Vale do Acarauacute (UVA)e a Embrapa Caprinos e Ovinos
O BioBode visa a aplicaccedilatildeo da Conservaccedilatildeo da biodiversidade a Genocircmica
39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
40 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Referecircncias
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SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
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CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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39 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
Funcional a Proteocircmica a Bioformaacutetica e a Prospecccedilatildeo de genes em proldo aumento da informaccedilatildeo geneacutetica em caprinos Suas metas satildeo basica-mente as seguintes
Identificar pelo menos 10000 ESTs da glacircndula mamaacuteria e de
tecidos do sistema reprodutor masculino de caprinos da raccedila Moxotoacute
Caracterizar 100 proteiacutenas diferencialmente expressas no leite e no
secircmen de caprinos da raccedila Moxotoacute criados sob diferentes condiccedilotildeesnutricionais sanitaacuterias e variadas formas de manejo
Formar um banco de dados moleculares visando a mineraccedilatildeo de
dados e a obtenccedilatildeo de marcadores moleculares para qualidade do leite eeficiecircncia reprodutiva
Prospectar o potencial biotecnoloacutegico de genes e proteiacutenas caprinas
Formar um rebanho com pelo menos 50 caprinos da raccedila Moxotoacute
Consideraccedilotildees finais
Pelo exposto eacute possiacutevel ter uma ideacuteia do panorama das pesquisas emBiologia Avanccedilada na produccedilatildeo de pequenos ruminantes realizadas ateacute omomento bem como do seu potencial Pesquisadores de vaacuterias regiotildees doBrasil jaacute despontam neste cenaacuterio com iniciativas empreendedoras masainda haacute muito a ser explorado principalmente na espeacutecie caprina Ademanda eacute grande e haacute necessidade de aumentar e capacitar recursoshumanos aleacutem de equipar os laboratoacuterios existentes e aqueles em cons-truccedilatildeo Com isso eacute possiacutevel projetar que em aproximadamente umadeacutecada o cenaacuterio de informaccedilatildeo geneacutetica de pequenos ruminantes estejaequiparado ao de bovinos Eacute importante que se tenha em mente que ageraccedilatildeo de informaccedilatildeo gecircnica deva ter continuidade nos estudos funcio-nais onde equipes multidisciplinares possam atribuir as mais variadasaplicaccedilotildees em suas respectivas aacutereas de atuaccedilatildeo
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47 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
SILVA FLR ARARIPE FAM SANTOS JUNIOR LS SILVA JJSSOUSA VF Variabilidade geneacutetica em rebanhos de conservaccedilatildeo decaprinos de raccedilas naturalizadas do Nordeste Sobral Embrapa Caprinos2005 16 f (BNB-FUNDECI Projeto de Pesquisa No 0722005) Projetoconcluiacutedo
SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
SIMPSON AJ REINACH FC ARRUDA P ABREU FA ACENCIOM ALVARENGA R ALVES LM ARAYA JE BAIA GS BAPTISTACS BARROS MH BONACCORSI ED BORDIN S BOVEacute JMBRIONES MR BUENO MR CAMARGO AA CAMARGO LE
48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
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SANTOS K M O dos S EGITO A S do BENEVIDES S D ALVES RR N SAAD S M I Elaboraccedilatildeo de queijo de cabra maturado potencial-mente probioacutetico utilizando Lactobacillus acidophilus In SIMPOacuteSIOINTERNACIONAL PREBIOacuteTICOS E PROBIOacuteTICOS EM PRODUTOS LAacuteCTE-OS 1 2008 Campinas [Resumos e palestras] Campinas ITAL 2008 1f 1 CD-ROM
SCHIBLER L VAIMAN D OUSTRY A GUINEC N DANGY-CAYEAL BILLAULT A CRIBIU E P Construction and extensivecharacterization of a goat Bacterial Artificial Chromosome library withtreefold genome coverage Mammalian Genome v 9 p119-124 1998
SCHNIEKE A E KIND AJ RITCHIE WA MYCOCK K SCOTT ARRITCHIE M WILMUT I COLMAN A CAMPBEL KH Human factor IXtransgenic sheep produced by transfer of nuclei from transfected fetalfibroblasts Science v 278 p 2130-2133 1997
SIDER L H Biologia molecular para o melhoramento de caprinos e ovinosPortal do Agronegoacutecio Seccedilatildeo Artigos 12 dez 2007 Disponiacutevel emlthttpwwwportaldoagronegociocombrgt
SIDER LH VIEIRA LS VILLELA LCV CAVALCANTE ACR LOBORNB FACOacute O REGITANO LCA NICIURA SCM PAIVA SR
47 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
SILVA FLR ARARIPE FAM SANTOS JUNIOR LS SILVA JJSSOUSA VF Variabilidade geneacutetica em rebanhos de conservaccedilatildeo decaprinos de raccedilas naturalizadas do Nordeste Sobral Embrapa Caprinos2005 16 f (BNB-FUNDECI Projeto de Pesquisa No 0722005) Projetoconcluiacutedo
SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
SIMPSON AJ REINACH FC ARRUDA P ABREU FA ACENCIOM ALVARENGA R ALVES LM ARAYA JE BAIA GS BAPTISTACS BARROS MH BONACCORSI ED BORDIN S BOVEacute JMBRIONES MR BUENO MR CAMARGO AA CAMARGO LE
48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
SNUSTAD D P SIMMONS M J Genomics In PRICE H SNUSTAD DP SIMMONS M J (Ed) Principles of genetics study guide and problemsworkbook 2nd ed Chichester John Wiley amp Sons 2000 p 553-584
STEIN L Genome annotation from sequence to biology Nature ReviewsGenetics v2 p493-503 2001
SWISS-PROT Protein knowledgebase TrEMBL Computer-annotated
49 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
supplement to Swiss-Prot 2008 Disponiacutevel em lthttpcaexpasyorgsprotgt Acesso em 15 set 2008
TABET-AOUL K OUSTRY-VAIMAN A VAIMAN D SAIumlDI-MEHTARN CRIBIU EP LANTIER F Cytogenetical anchoring of sheep linkagemap and syntenic groups using a sheep BAC library Genetics Selectionand Evolution v32 p 441-457 2000
VAIMAN D SCHIBLER L BOURGEOIS F OUSTRY A AMIGUES YCRIBIU EP A genetic linkage map of the male goat genome Geneticsv144 p279-305 1996
WHITTWER CT HERRMANN M G MOSS AA RASMUSSEN RPContinuous flouorescence monitoring of rapid cycle DNA amplificationsBiotechniques v 22 p 134-138 1997
WWF-Brasil World Wide Fund Disponiacutevel em lt httpwwwwwforgbrindexcfmgt Acesso em 25 set 2008
ZAROS LG Descoberta e estudo de genes envolvidos na resposta aendoparasitas gastrintestinais em bovinos 122 f 2007 Tese (Doutoradoem Ciecircncia Animal e Pastagens) - Universidade de Satildeo Paulo Piracicaba
ZAROS LG BRICARELLO PA AMARANTE AFT COUTINHO LLQuantification of bovine cytokine expression using real-time RT-PCRmethodology Genetics and Molecular Biology v 30 p 575-579 2007
47 A Biotecnologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CAETANO AR BENAVIDES MV COUTINHO LL GARCIA JFZAROS LG CUNHA RMS PINHEIRO RR Identificaccedilatildeo de genescandidatos associados agrave resistecircncia geneacutetica agrave verminose gastrintestinalem caprinos por meio de ferramentas moleculares e genocircmicas SobralEmbrapa Caprinos 2008 67 f (Embrapa Macroprograma 2 Melhora-mento Geneacutetico No 0207070060000) Projeto em andamento
SILVA FLR ARARIPE FAM SANTOS JUNIOR LS SILVA JJSSOUSA VF Variabilidade geneacutetica em rebanhos de conservaccedilatildeo decaprinos de raccedilas naturalizadas do Nordeste Sobral Embrapa Caprinos2005 16 f (BNB-FUNDECI Projeto de Pesquisa No 0722005) Projetoconcluiacutedo
SILVA A C da FERRO JA REINACH FC FARAH CS FURLANRL QUAGGIO RB MONTEIRO-VITORELLO CB VAN SLUYS MAALMEIDA NF ALVES LM AMARAL AM do BERTOLINI MCCAMARGO LE CAMAROTTE G CANNAVAN F CARDOZO JCHAMBERGO F CIAPINA LP CICARELLI RM COUTINHO LLCURSINO-SANTOS JR EL-DORRY H FARIA JB FERREIRA AJFERREIRA RC FERRO MI FORMIGHIERI EF FRANCO MCGREGGIO CCGRUBER A KATSUYAMA AM KISHI LT LEITERP LEMOS EG LEMOS MV LOCALI EC MACHADO MAMADEIRA AM MARTINEZ-ROSSI NM MARTINS EC MEIDANIS JMENCK CF MIYAKI CY MOON DH MOREIRA LM NOVO MTOKURA VK OLIVEIRA MC OLIVEIRA VR PEREIRA HA ROSSIA SENA JA SILVA C SOUZA RF de SPINOLA LA TAKITAMA TAMURA RE TEIXEIRA EC TEZZA RI SANTOS M T dosTRUFFI D TSAI SM WHITE FF SETUBAL JC KITAJIMA JPComparison of the genomes of two Xanthomonas pathogens with differinghost specificities Nature v 417 p 459-463 2002
SIMPSON AJ REINACH FC ARRUDA P ABREU FA ACENCIOM ALVARENGA R ALVES LM ARAYA JE BAIA GS BAPTISTACS BARROS MH BONACCORSI ED BORDIN S BOVEacute JMBRIONES MR BUENO MR CAMARGO AA CAMARGO LE
48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
SNUSTAD D P SIMMONS M J Genomics In PRICE H SNUSTAD DP SIMMONS M J (Ed) Principles of genetics study guide and problemsworkbook 2nd ed Chichester John Wiley amp Sons 2000 p 553-584
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WHITTWER CT HERRMANN M G MOSS AA RASMUSSEN RPContinuous flouorescence monitoring of rapid cycle DNA amplificationsBiotechniques v 22 p 134-138 1997
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ZAROS LG BRICARELLO PA AMARANTE AFT COUTINHO LLQuantification of bovine cytokine expression using real-time RT-PCRmethodology Genetics and Molecular Biology v 30 p 575-579 2007
48 A Biologia Avanccedilada e o Impacto da Genocircmica
CARRARO DM CARRER H COLAUTO NB COLOMBO C COSTAFF COSTA MC COSTA-NETO CMCOUTINHO LL CRISTOFANIM DIAS-NETO EDOCENA C EL-DORRY H FACINCANI APFERREIRA AJ FERREIRA VC FERRO JA FRAGA JS FRANCcedilASC FRANCO MC FROHME M FURLAN LR GARNIER MGOLDMAN GH GOLDMAN MH GOMES SL GRUBER A HO PLHOHEISEL JD JUNQUEIRA ML KEMPER EL KITAJIMA JPKRIEGER JE KURAMAR EE LAIGRET F LAMBAIS MR LEITELC LEMOS EG LEMOS MV LOPES SA LOPES CR MACHADOJA MACHADO MA MADEIRA AM MADEIRA HM MARINOCL MARQUES MV MARTINS EA MARTINES EM MATSUKUMAAY MENCK CF MIRACCA EC MIYAKI CY MONTEIRO-VITORELLO CB MOON DH NAGAI MA NASCIMENTO ALNETTO LE NHANI A JR NOBREGA FG NUNES LR OLIVEIRAMA DE OLIVEIRA MC DE OLIVEIRA RC PALMIERI DA PARISA PEIXOTO BR PEREIRA GA PEREIRA HAJR PESQUEIRO JBQUAGGIO RS ROBERTO PG RODRIGUES V DE ROSA VE JR DESAacute RG SANTELLI RV SAWASAKI HE DA SILVA AC SILVAAM da SILVA FR da SILVA JUacuteNIOR WA da SILVEIRA JF daSILVESTRI M L SIQUEIRA WJ SOUZA AA de SOUZA AP deTERENZI MF TRUFFI D TSAI SM TSUHAKO MH VALLADA HVAN SLUYS MA VERJOVSKI-ALMEIDA S VETTORE AL ZAGOMA ZATZ M MEIDANIS J SETUBAL JC The genome sequence ofthe plant pathogen Xylella fastidiosa The Xylella fastidiosa Consortium ofthe Organization for Nucleotide Sequencing and Analysis Nature v 406p 151-159 2000
SNUSTAD D P SIMMONS M J Genomics In PRICE H SNUSTAD DP SIMMONS M J (Ed) Principles of genetics study guide and problemsworkbook 2nd ed Chichester John Wiley amp Sons 2000 p 553-584
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ZAROS LG Descoberta e estudo de genes envolvidos na resposta aendoparasitas gastrintestinais em bovinos 122 f 2007 Tese (Doutoradoem Ciecircncia Animal e Pastagens) - Universidade de Satildeo Paulo Piracicaba
ZAROS LG BRICARELLO PA AMARANTE AFT COUTINHO LLQuantification of bovine cytokine expression using real-time RT-PCRmethodology Genetics and Molecular Biology v 30 p 575-579 2007
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supplement to Swiss-Prot 2008 Disponiacutevel em lthttpcaexpasyorgsprotgt Acesso em 15 set 2008
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VAIMAN D SCHIBLER L BOURGEOIS F OUSTRY A AMIGUES YCRIBIU EP A genetic linkage map of the male goat genome Geneticsv144 p279-305 1996
WHITTWER CT HERRMANN M G MOSS AA RASMUSSEN RPContinuous flouorescence monitoring of rapid cycle DNA amplificationsBiotechniques v 22 p 134-138 1997
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ZAROS LG Descoberta e estudo de genes envolvidos na resposta aendoparasitas gastrintestinais em bovinos 122 f 2007 Tese (Doutoradoem Ciecircncia Animal e Pastagens) - Universidade de Satildeo Paulo Piracicaba
ZAROS LG BRICARELLO PA AMARANTE AFT COUTINHO LLQuantification of bovine cytokine expression using real-time RT-PCRmethodology Genetics and Molecular Biology v 30 p 575-579 2007