claudia g. bica. objetivo mapear o patrimônio genético do homem
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Claudia G. Bica
Objetivo
Mapear o patrimônio genético do
Homem
O Começo do Fim!
Por quê?• Avanço na Medicina
– Preventiva– Diagnóstico (específico, sensível, efetivo e seguro)– Tratamento (desenhos de fármacos específicos)
• O arranjo linear dos nossos cromossomos fazem parte da nossa micro-anatomia.
• Neo-Vesalian – 1543- corporis humani Fabrica por Andreas
Vesalius;– 1628- fisiologia da circulação por Harvey;– 1761- anatomia mórbida por Morgagni.
1956- Evolução da Genética Médica• 1956- Estabelecimento do número de
cromossomos e a determinação da estrutura de dupla-hélice do DNA por Watson e Crick;
• A partir deste ano a genética se estabelece como especialidade clínica;
• 1959, descrita a 1º síndrome (Down). Nos anos 60 uma série de anormalidades começaram a ser descritas (nº, translocação, deficiência, mosaicos, triploidias e microdeleções).
• Devido aos avanços nas técnicas de identificação de cromossomos, como a citogenética-molecular e a hibridização in situ possibilitaram um avanço na identificação clínica de muitas doenças.
• Ex: cromossomo Filadélfia(1960-1973);
Mapeamento Genético• Provavelmente o 1º gene a ser
mapeado foi o do Daltonismo (1911-1968)
• 1980- análise de células somáticas através do uso de sondas (“diretamente no gene afetado);
• 1981- uso de sondas, em genes de cópia única;
• Construção de marcadores genéticos para serem utilizados em famílias (RFLP, Seq TANDEM, Microsatélites, etc).
• 1983-1993- Mapeamento da 1ª doença pela técnica de marcadores de DNA (Huntington) localizada no braço curto do cromossomo 4 (alta taxa de recombinação. Outras doenças importante puderam ser mapeadas como em 1986 a Granulomatous Crônica e Distrofia Muscular de Duchenne e em 1989 a Retinoblastia e a Fibrose Cística.
• A possibilidade da descoberta de doenças despertou nos pesquisadores um grande impulsos, pois as possibilidade que se abriam eram evidentes.
• Com o mapeamento de gene era possível traçar o perfil da doença, a localização, o padrão de transmissão, mutações correlatas, determinar genes candidatos, etc.
O Sequenciamento do Genoma Humano – A última anatomia
• Antes mesmo do lançamento do PGH ser lançado uma variedade genes já haviam sido descritos;
• 1944- 1ª apresentação do material genético por Avery, McLeod e McCArty em pneumococcus;
• 1953- Watson e Crick deduziram a dupla-hélice do DNA por difração de radiografia;
• 1966- dedução dos nucleotídeos (para codificação de aa);• 1960s – Uso de enzimas de restrição;• 1970s- Clonagem de genes em plasmídeos bacterianos e a técnica do
DNA recombinante;
• 1977- aprimoramento da técnica de sequenciamento por Maxam e Gilbert por Sanger et al. O método estabelecido por Sanger de dideoxi, permanece como a base do PGH. Esse método foi modificado exaustivamente até se conseguir a automatização da técnica.
• 1981- Feito o 1º seq. completo, pelo grupo de Sanger de uma organela citoplasmática com 16569 nucleotídeos.
• 1980- O Departamento de Energia dos EUA propõem do sequenciamento do genoma humana devido a preocupação de mutações ocorridas devido a radiação que seus trabalhadores estavam expostos.
Década de 1980-Década de 1980- Primeiras discussões Primeiras discussões PGH; PGH;
1984-1984- PG: EUA PG: EUA mapear patrimônio genético mapear patrimônio genético humano. humano. Japão e Austrália: organismo de coordenação Japão e Austrália: organismo de coordenação internacional HUGO (Human Genome Organization) internacional HUGO (Human Genome Organization) facilitar e coordenar facilitar e coordenar mapear, sequenciar e mapear, sequenciar e analisar: genoma humano e sua aplicação;analisar: genoma humano e sua aplicação;
1990-1990- PGH internacional: pesquisadores PGH internacional: pesquisadores americanos e europeus.americanos e europeus.
• 1988- acretitava-se que o mapeamento e o seq. completo do genoma humano seria possível ser feito em 10-15 anos (2005), com um custo de $200 milhões de dólares as ano liberado pelo congresso nacional americano.
• O Comitê assessor do PGH recomendou que se fizesse o seq. a partir da construção dos mapas genéticos e físicos dos cromossomos e que fossem sendo feitos modelos de outros organismos em paralelo.
•
• 1985-1990- Discussão do PGH• 01/10/1990: foi lançado nos EUA do PGH:
patrocinado pelo NIH (National Institutue of Health) e pelo DOE (Departament of Energy).
• Foi criado o grande consórcio mundial para o seq. do genoma humano formado pela Europa, Japão e Austrália.
• HUGO ( Human Genome Organization)- sintonizar o trabalho e organizar o conhecimento em um banco de dados.
Quem participa do PGH ?Quem participa do PGH ?• Setor Público Setor Público dados - qualidade e dados - qualidade e
precisão: detalhes das células humanas.precisão: detalhes das células humanas.
• Setor Privado Setor Privado genes interessantes. genes interessantes.
• 18 Países :18 Países : Alemanha, Austrália, Alemanha, Austrália, BrasilBrasil, , Canadá, China, Coréia, Dinamarca, EUA, Canadá, China, Coréia, Dinamarca, EUA, França, Holanda, Israel, Itália, Japão, França, Holanda, Israel, Itália, Japão, México, Reino Unido, Rússia, Suécia e México, Reino Unido, Rússia, Suécia e União Européia.União Européia.
MAPEAMENTO E MAPEAMENTO E SEQUENCIAMENTO DO GENOMASEQUENCIAMENTO DO GENOMA
GENOMAGENOMA:: DNA DNA células - determinado células - determinado organismo.organismo.
• Mapeamento Mapeamento Divisão dos cromossomos Divisão dos cromossomos fragmentos menores fragmentos menores propagados, propagados, caracterizados e ordenados caracterizados e ordenados respectivas respectivas posições nos cromossomos.posições nos cromossomos.
• Sequenciamento Sequenciamento Seqüência de bases Seqüência de bases fragmentos de DNA já ordenados fragmentos de DNA já ordenados genes genes na seqüência do DNA.na seqüência do DNA.
VANTAGENS DO PGHVANTAGENS DO PGH
• DoençasDoençasfator genético;fator genético;
• Tecnologias clínicas Tecnologias clínicas diagnósticos de diagnósticos de DNA;DNA;
• TerapiasTerapiasnovas classes de remédios;novas classes de remédios;
• Técnicas imunoterápicas;Técnicas imunoterápicas;
•Prevenção DoençasPrevenção Doenças condições ambientais: mal de condições ambientais: mal de Alzheimer, hipertensão, obesidade, artrite reumática, Alzheimer, hipertensão, obesidade, artrite reumática, suscetibilidade ao câncer de mama e ovário, suscetibilidade ao câncer de mama e ovário, osteoporose, câncer do cólon, doenças osteoporose, câncer do cólon, doenças cardiovasculares, mal de Parkinson, calvície;cardiovasculares, mal de Parkinson, calvície;
•Genes defeituosos Genes defeituosos Terapia Gênica Terapia Gênica
•Drogas medicinais Drogas medicinais organismos geneticamente organismos geneticamente alteradosalterados
Filme Projeto Genoma Humano
• MapeamentoMapeamento
• SequenciamentoSequenciamento
• Etapas do Etapas do SequenciamentoSequenciamento
COMO É FEITO O SEQUENCIAMENTOCOMO É FEITO O SEQUENCIAMENTO
1.1. Picotando o DNAPicotando o DNA2.2. ClonagemClonagem3.3. Marcação com Marcação com
FluorencênciaFluorencência4.4. SeparaçãoSeparação5.5. LeituraLeitura
1. Picotando o DNA1. Picotando o DNA
2. Clonagem2. Clonagem
3. Marcação com 3. Marcação com FluorescênciaFluorescência
4. Separação4. Separação
5. Leitura5. Leitura
Fig . 1 : Bases nitrogenadas do DNAFig . 1 : Bases nitrogenadas do DNA
Fig . 2 : Cromatograma de 4 coresFig . 2 : Cromatograma de 4 cores
Fig . 4 : Dados processados Fig . 4 : Dados processados
Fig . 3: Fragmentos de DNA separados Fig . 3: Fragmentos de DNA separados pelo tamanhopelo tamanho
Ver animação!!!Ver animação!!!
Os resultados são mostrados num Os resultados são mostrados num cromatograma de quatro cores.cromatograma de quatro cores.
•Depois os computadores reunem as Depois os computadores reunem as sequências em longos e contínuos sequências em longos e contínuos trechos.trechos.
• 1º organismo livre seq. foi a bactéria Haemophilus influenzae, com 1800 genes que codificam proteínas. Este seq. foi feito pelo grupo do J. Craig Venter utilizando a técnica de aproximação.
• Helicobacter pylori, Mycobacterium tuberculosis e Treponema pallidum.
• 1996- 1º eucarioto seq. completamente, o Saccharomyces cereviae.
• 1998- 1º organismo multicelular completamente seq. foi o nematoíde Caenorhabditis elegans.
• 2000/ março – Drosophila melanogaster.
• Inspirado nos resultados dos seq. anteriores, Venter e colaboradores criaram a companhia privada para sequenciar o genoma humano (Celera Genomics Inc)
• Técnica para seq é por aproximação, clonagem ao acaso.
• Os dados eram fornecidos a investigadores acadêmicos, laboratórios não farmacêuticos, sob uma taxa bastante considerável.
• O consórcio mundial para o seq do PGH aceita o desafio competitivo e acelerou o seq com a ajuda de vários laboratórios (EUA, Inglaterra, Japão, França e Alemanha sob a direção de Francis Colins.
• Técnica para seq é por sobreposição de clones
• Os resultados eram de domínio público.
• 26 de junho de 2000– Na Casa Branca, Colins e Venter anunciaram a conclusão
inicial do PGH– O grupo do Colins publicou na “Nature”– O grupo do Venter publicou na “Science”
A maior conclusão deste grande projeto foi explicar que a complexidade do ser humano esta baseada codificação de diferentes proteínas e não no número de genes.
Colins et al.Venter et al.
•O sequenciamento do genoma humano não O sequenciamento do genoma humano não corresponde ao genoma específico de determinada corresponde ao genoma específico de determinada pessoa.pessoa.
•É importante saber que até o presente foi feito É importante saber que até o presente foi feito apenas um sequenciamento rascunhoapenas um sequenciamento rascunho
Sequenciamento dos genesSequenciamento dos genes
““É cada vez maior o É cada vez maior o esforço dos esforço dos cientistas para cientistas para colocar à disposição colocar à disposição um número um número crescente de crescente de genomas inteiros genomas inteiros sequenciados dos sequenciados dos mais diferentes mais diferentes organismosorganismos.”.”
Fig.7 : Representação do mapeamento genético no cromossomo humano
• O DNA humano é formado por 3.1 bilhões de pares de base, com 4 nucleotídeos diferentes (A, C, G, T). Essas combinações se repetem ao longo do genoma em diferentes ordens para formar aa, que combinado formaram as proteínas necessárias.
• Ele é formado por grandes desertos e alguns oásis. Só 3% do DNA contém regiões codificadoras (centrais).
• O genoma humano é idêntico em 99,9%, os 0,1% é que traz as variações e pistas de muitas doenças
“A complexidade dos seres humanos surgiu de alguma outra fonte” Colins 12/02/01
PGH- Resultados• Total de espécies já sequenciadas- 908 (NCBI-
fev/2002)– 70 genomas bacterianos (13 archae e 57 bact);– 695 genomas de vírus, retrovirus, etc;– 39 plasmídeos– 15 eucariotos– 307 organelasAtualmente: dos 70 genomas bacterianos 7 foram feitos
através do consórcio e 1 foi brasileiro. Existem 107 genomas em andamento (15 dop consórcio e 5 brasileiros)
– out/2001- seq completo de rato pelo grupo Celera.
•O Brasil também participa do Projeto Genoma Humano .
•As principais iniciativas tomadas foram a da clonagem dos genes pelo laboratório da pesquisadora Mayana Zatz;
•Projeto Genoma Humano do Câncer está em andamento graças a união da Fapesp, Instituto Ludwig, Unicamp, EPM e da Faculdade de Medicina da USP;
•O Genoma Cana leva o Brasil a liderar a pesquisa em genoma de plantas (Copersucar à FAPESP em 1998)
•O seqüenciamento de uma praga de lavoura de laranja chamada de Xylella fastidiosa.
Câncer e o Projeto GenomaCâncer e o Projeto Genoma
Fig . 8 : Representação da porcentagem dos tipos de câncerFig . 8 : Representação da porcentagem dos tipos de câncer
Genoma CâncerGenoma Câncer • Pretende gerar entre 500mil e 700mil Pretende gerar entre 500mil e 700mil
sequenciamentossequenciamentos
• Acesso a regiões codificadoras ainda não exploradoasAcesso a regiões codificadoras ainda não exploradoas
• Elucidação no sequenciamento genético do Elucidação no sequenciamento genético do Homo Homo sapiens sapiens
• Descoberta (???) da cura do câncerDescoberta (???) da cura do câncer
• O Futuro: A Medicina do Século 21
– Saber a função de todas essas proteínas– Saber as variações, padrões, estruturas e fenótipos– Identificar alelos para suscetibilidade– Buscar marcadores– Especificar diagnósticos (mendelianos ou não)– Conhecer a vulnerabilidade ou resistência– Influência: medicina reprodutiva, preditiva, no conceito de doenças
que levem os médicos a interpretar genes como hemogramas, diagnósticos específicos e clínicos, caracterização precisa das doenças, busca de terapias personalizadas (fármacos), impressão digital dos tumores (2020).
Aplicações•Polycystic (ARPKD), doença renal autossômica recessiva. A identificação de genes de ARPKD, através do sequenciamento PKD1.
•Descoberta do 1º gene específico para a suscetibilidade para o Ca de pâncreas. Localizado no cromossomo 4. Sendo a 4ª causa de mote nos EUA (Jimmy Carter).
•Desenvolvimento da droga STI – 571 que bloqueia a atividade da Kinase de BCR-ABL. Essa proteína é produzida como conseqüência da translocação do cromossomo 9-22, causando a leucemia mieloide. A STI-571, bloqueia a atividade da kinase de BCR-Abl de fosforilar o seu substrato.
Ética no Progeto GenomaÉtica no Progeto Genoma
• Passado - origem, formas Passado - origem, formas justificar justificar
• Presente - irresponsabilidade Presente - irresponsabilidade futuro futuro
• Patrimonio individualPatrimonio individual
• PatentesPatentes
Disseminação e testes Disseminação e testes genéticos para identificação de genéticos para identificação de
genes “doentes”genes “doentes”
• Potencialidade do indivíduoPotencialidade do indivíduo
• Discriminação Discriminação exclusão social exclusão social desemprego desemprego nova classe social nova classe social
• Seguradoras - aumento de preçosSeguradoras - aumento de preços
•Surgimento de drogas a partir do genoma pode levar Surgimento de drogas a partir do genoma pode levar anos anos
Principal trabalho para a indústria farmacêuticaPrincipal trabalho para a indústria farmacêutica
Indústria Indústria FarmacêuticaFarmacêutica
PGH PGH identificar a funcionalidade dos Genes identificar a funcionalidade dos Genes
PesquisasPesquisas DesenvolvimentoDesenvolvimento
Altos GastosAltos Gastos
Poucos Benefícios InstantâneosPoucos Benefícios Instantâneos
IMPLICAÇÕES FARMACÊUTICASIMPLICAÇÕES FARMACÊUTICAS
•Mais de cinco mil genes podem ser Mais de cinco mil genes podem ser importantes na determinação de doençasimportantes na determinação de doenças
•Indústria Farmacêutica Indústria Farmacêutica 450 classes de 450 classes de drogasdrogas
•Informação do genoma humano Informação do genoma humano descoberta descoberta e desenvolvimento de drogase desenvolvimento de drogas
•Melhor compreensão das causas das doenças Melhor compreensão das causas das doenças novas drogas novas drogas necessidade de cada paciente necessidade de cada paciente •Mudanças devem levar a medicamentos com Mudanças devem levar a medicamentos com menos efeitos colaterais e custo menormenos efeitos colaterais e custo menor
•As primeiras aplicações clínicas do PGH As primeiras aplicações clínicas do PGH estarão na área de diagnósticos estarão na área de diagnósticos
FarmacogenéticaFarmacogenética Estudo de variabilidade em resposta Estudo de variabilidade em resposta de droga e toxicidade devido a de droga e toxicidade devido a fatores genéticosfatores genéticos
FarmacogenômicaFarmacogenômica Aplica a informação ganhada pela Aplica a informação ganhada pela farmacogenética ao desenvolvimento farmacogenética ao desenvolvimento de medicamentosde medicamentos
O genoma, considerado a ferramenta biológica mais poderosa para explorar os mistérios do desenvolvimento do organismo humano e suas doenças, teve sua seqüência revelada, após 13 anos de intenso trabalho em vários laboratórios do mundo e ter consumido um orçamento de US$ 3 bilhões.
O DNA humano contém 3.16 bilhões de bases (letras) e o total das informações genéticas, contidas nos 23 pares de cromossomos, nos mostra que o ser humano possui cerca de 30 mil genes.
Estes genes se espalham pelo DNA, mas ocupam somente 1,2-3,% de seu tamanho. No entanto, eles são essenciais para a produção de proteínas necessárias para o desenvolvimento, metabolismo e outras funções vitais no organismo.
Filme para discutir as implicações éticas do PGH?