Projeto Genoma Humano: Características Silenciosas e Objetivos do Projeto Genoma Humano

Leia este artigo para aprender sobre os recursos silenciosos, objetivos, aplicativos e desafios futuros do projeto genoma humano!

Cada indivíduo tem uma identidade que é devido a sua composição genética. Não há dois indivíduos semelhantes (exceto gêmeos mono-zigotos) porque diferem em sua constituição genética.

Imagem Cortesia: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg

Diferenças na composição genética são devidas a diferenças nas sequências nucleotídicas de seus DNAs. Era, portanto, sempre uma ambição dos cientistas mapear o genoma humano. Avanços em técnicas de engenharia genética tornaram possível isolar e clonar pedaços de DNA e determinar as seqüências de nucleotídeos desses fragmentos.

Portanto, em 1990, o Departamento de Energia e o Instituto Nacional de Saúde dos EUA embarcaram e coordenaram o projeto de sequenciamento do genoma humano chamado HGP ou Projeto Genoma Humano. A Welcome Trust (Reino Unido) juntou-se ao projeto como um dos principais parceiros. Mais tarde, Japão, França, Alemanha, China e alguns outros países também se juntaram a ele.

O HGP é um megaprojecto que envolve muito dinheiro, muitas técnicas avançadas, numerosos computadores e cientistas no trabalho. A magnitude do projeto pode ser imaginada se o custo de sequenciamento de um pb for de 3 dólares, o sequenciamento de 10 ⁹ bp custaria um bilhão de dólares. Se os dados forem armazenados em livros, com cada livro com 1000 páginas e cada página com 1000 cartas, serão necessários 3300 livros. Aqui, a base de dados de bioinformática e outros dispositivos computacionais de alta velocidade ajudaram na análise, armazenamento e recuperação de informações.

Objetivos:

O HGP definiu os seguintes objetivos.

1. Determine a seqüência e o número de todos os pares de bases no genoma humano.

2. Identifique todos os genes presentes no genoma humano.

3. Determine as funções de todos os genes.

4. Identifique os vários genes que causam doenças genéticas.

5. Determinar a propensão e imunidade genética a vários distúrbios.

6. Armazene as informações nas bases de dados.

7. Melhorar as ferramentas para análise de dados.

8. Descubra as possibilidades de transferência de tecnologia desenvolvida durante o HGP para a indústria.

9. O projeto pode resultar em muitas questões éticas, legais e sociais (ELSI) que devem ser abordadas e resolvidas.

O projeto estava programado para ser concluído para o sequenciamento em 2003. Em 12 de fevereiro de 2001, foi feito um anúncio formal sobre a conclusão do projeto. No entanto, o anúncio do sequenciamento de cromossomos individuais ocorreu em maio de 2006, com a conclusão da atribuição de seqüências de nucleotídeos aos cromossomos I.

Metodologia:

Existem dois tipos de abordagens para analisar o genoma,

(i) Identificar todos os genes que são expressos como tags de seqüências expressas por RNA ou ESTs

(ii) Sequenciamento de todo o genoma (regiões de codificação e não-codificação) e posterior designação das diferentes regiões com funções - anotação de seqüência.

O HGP seguiu a segunda metodologia que envolve os seguintes passos.

(i) O DNA inteiro da célula é isolado e quebrado aleatoriamente em fragmentos,

(ii) Eles são inseridos em vetores especializados como ВАС (cromossomos artificiais bacterianos) e YAC (cromossomo artificial de levedura),

(iii) Os fragmentos são clonados em hospedeiros adequados, como bactérias e leveduras. A PCR (reação em cadeia da polimerase) também pode ser usada para clonar ou fazer cópias de fragmentos de DNA,

(iv) Os fragmentos são seqüenciados como seqüências de DNA anotadas (um desdobramento da metodologia desenvolvida pelo ganhador do Prêmio Nobel, Frederick Sanger),

(v) As sequências foram então organizadas com base em algumas regiões sobrepostas. Isso exigiu a geração de fragmentos sobrepostos para sequenciamento,

(vi) Programas baseados em computador foram usados ​​para alinhar as seqüências.

(vii) As sequências foram então anotadas e atribuídas a diferentes cromossomas. Todos os cromossomos humanos foram seqüenciados, 22 autossomos, X e Y. O cromossomo I foi sequenciado em maio de 2006. (viii) Com a ajuda do polimorfismo em microssatélites e sítios de reconhecimento de endonucleases de restrição, os mapas genéticos e físicos do genoma também foram preparados.

Características salientes do genoma humano:

1. O genoma humano tem 3.1647 bilhões de pares de bases nucleotídicas.

2. O tamanho médio do gene é de 3.000 pares de bases. O maior gene é o da distrofia muscular de Duchenne no cromossomo X. Tem 2, 4 milhões (2400 quilos) pares de bases. Os genes da B-globina e da insulina são inferiores a 10 kilobases.

3. O genoma humano consiste em cerca de 30.000 genes. Anteriormente, estimava-se que contivesse 80.000 a 100.000 genes. A contagem de genes humanos é aproximadamente a mesma que a do mouse. Nove décimos dos genes são idênticos aos do mouse. Temos mais de duas vezes mais genes do que proveitosamente (Drosophila melanogaster) e seis vezes mais genes do que na bactéria Escherichia coli.

O tamanho do genoma ou número de genes não está relacionado com a complexidade da organização do corpo, por exemplo, a Lily tem 18 vezes mais DNA do que o genoma humano, mas produz menos proteínas do que nós, porque seu DNA tem mais introns e menos exons.

4. O cromossomo I tem 2968 genes, enquanto o cromossomo Y tem 231 genes. Eles são os genes máximo e mínimo para os cromossomos humanos.

5. A função de mais de 50% dos genes descobertos é desconhecida.

6. Menos de 2% do genoma representa genes estruturais que codificam proteínas.

7. 99, 9% das bases nucleotídicas são exactamente semelhantes em todos os seres humanos.

8. Apenas 0, 1% do genoma humano com cerca de 3, 2 milhões de nucleotídeos representa a variabilidade observada em seres humanos.

9. Em cerca de 1, 4 milhão de locais ocorrem diferenças de nucleotídeo único chamadas SNPs (snips) ou polimorfismo de nucleotídeo único. Eles têm o potencial de ajudar a encontrar locais cromossômicos para sequências associadas a doenças e traçar a história humana.

10. Sequências repetidas ou repetitivas constituem uma grande porção do genoma humano. Existem cerca de 30.000 loci de minissatélites, cada um com 11 -60 pb repetidos em tandem até mil vezes. Estes são cerca de 2.00.000 microssatélites, cada um com até 10 pb repetidos 10-100 vezes.

11. Sequências repetitivas são sequências de nucleótidos que são repetidas muitas vezes, por vezes cem a mil vezes. Eles não têm nenhuma função de codificação direta, mas fornecem informações quanto à estrutura, dinâmica e evolução dos cromossomos.

12. Aproximadamente 1 milhão de cópias de sequências repetidas curtas de 5-8 pares de bases estão agrupadas em torno dos centrómeros e perto das extremidades dos cromossomas. Eles representam DNA lixo.

Aplicações e Desafios Futuros:

1. Distúrbios:

Mais de 1200 genes são responsáveis ​​por doenças cardiovasculares humanas comuns, doenças endócrinas (como diabetes), distúrbios neurológicos (como a doença de Alzheimer), câncer e muitos mais.

2. Cancros:

Esforços estão em andamento para determinar os genes que irão mudar as células cancerígenas para o normal.

3. Cuidados de Saúde:

Isso indicará perspectivas para uma vida mais saudável, medicamentos projetados, dietas geneticamente modificadas e, finalmente, nossa identidade genética.

4. Interações:

Será possível estudar como vários genes e proteínas trabalham juntos em uma rede interconectada.

5. Estudo de tecidos.

Todos os genes ou transcritos de um determinado tecido, órgão ou tumor podem ser analisados ​​para conhecer a causa do efeito produzido nele.

6. Organismos não humanos:

Informações sobre as capacidades naturais de organismos não humanos podem ser usadas para enfrentar os desafios em saúde, agricultura, produção de energia e remediação ambiental. Para isso, vários organismos modelo foram sequenciados, por exemplo, bactérias, levedura Coenorhabditis elegans (nematóide não patogênico de vida livre), Drosophila (frutiferamente), arroz, Arabidopsis etc.