Título: A Genética no Pará

Título: A Genética no Pará: da genômica a proteômica
Autores: Artur Luiz da Costa da Silva, Marta Sofia Carepo e Maria Paula Cruz Schneider.
Endereço: Departamento de Genética. Universidade Federal do Pará. Campus do Guamá.
Belém, Pará. CEP 66.075-900 (e-mail: [email protected]).
Tema: Estado da arte da pesquisa em saúde na Amazônia e novas tecnologias/Redes
genômicas e proteômicas
Resumo:
Palavras chaves: Amazônia, biodiversidade, tecnologias, genética, genômica e proteômica.
Panorama Atual
Para entendermos a situação atual é primeiro necessário voltarmos a 1958 quando
Laureado Nobel Francis Crick (1916-2004) delineou o processo que hoje conhecemos como
expressão gênica, na conferência da Sociedade de Biologia Experimental. O Dogma de Crick,
ou como também pode ser conhecido O Dogma Central da Biologia Molecular explica como
a informação genética contida nos genes é transferida para o citoplasma. Este processo iniciase com a formação de uma molécula, o RNA mensageiro (RNAm), através do processo da
transcrição, e no citoplasma esta molécula de RNAm é traduzida em uma proteína que exerce
sua função biológica.
Análise da estrutura gênica nuclear, plasmidial, mitocondrial ou do cloroplasto
compreende a genética genômica. Os processos decorrentes da interpretação do DNA, pósgenômica ou genômica funcional, são: transcriptômica, análise dos processos transcricionais;
proteômica, estudo das proteínas codificadas pelo genoma; metabolômica, investigação dos
sistemas biológicos metabólicos; interactôma, campo que se interessa pelos arranjos ou redes
envolvendo proteínas.
Dentre os diversos genomas já seqüenciados os que tem sido alvo de maior interesse
são o Projeto Genoma Humano (PGH) e projetos envolvendo o seqüenciamento de genomas
completos de patógenos a exemplo do causador da malária, o Plasmodium falciparum.
Abordagens envolvendo a genômica funcional em patógenos incluem:
• Caracterização de proteomas (proteínas secretadas, proteínas de superfície e
proteínas imunogênicas).
• Análise comparativa de diferentes linhagens microbiais.
• Análise comparativa em diferentes estados fisiológicos.
• Identificação de proteínas relacionadas a patogenicidade.
• Identificação de proteínas envolvidas na interação patógeno vs hospedeiro.
• Avaliação dos mecanismos de ação antimicrobianos.
As repercussões da finalização do PGH são várias onde se destacam os aspectos de
ordem ética relacionados ao conhecimento da genética humana, e embora esta discussão seja
pertinente, ela não deve obscurecer os benefícios decorrentes deste conhecimento que
incluem: a possibilidade de recorrer à prevenção primária, o aperfeiçoamento diagnóstico
aplicado a seres humanos, animais e vegetais; a melhoria no tratamento de mazelas que
afligem a humanidade e desenvolvimento da terapia genética.
O PGH não é um estertor de uma das fases das ciências da vida, mas um determinante
do fim do início. A fase inaugurada com o PGH é ainda mais fascinante e promissora do que
aquela iniciada há 25 anos atrás e nos transporta para a era pós-genômica.
Em 2001 geneticistas estimaram o número de genes humanos estava entre um mínimo
de 30.000 a no máximo 40.000 unidades hereditárias funcionais. Em termos de repercussão
que este dado trouxe para os pesquisadores interessados na compreensão do funcionamento
do genoma está a magnitude de trabalho envolvida para um ramo de investigação chamado de
Proteômica. O termo proteômica foi primeiro utilizado como o estudo do conjunto de
proteínas codificadas por um genoma-proteoma, no entanto hoje esse conceito tem uma
abrangência muito maior e não significa apenas o estudo do conjunto de proteínas de uma
determinada célula ou tecido, mas também a caracterização do conjunto de todas as isoformas
protéicas, modificações pós-traducionais, interações entre proteínas e a descrição estrutural e
funcional destas proteínas e dos complexos formados por elas. Nos
dias de hoje o termo proteômica é, pois usado para caracterizar o
estudo bioquímico de proteínas em larga escala e sem precedentes.
O esforço para o entendimento do proteoma humano é hercúleo, será necessário um
maior número de pesquisadores e recursos usados no PGH. Faz-se, portanto, necessário que
se estabeleça uma rede global de esforço científico para realização deste feito, conforme
proposto pelo presidente da Celera Genomics, Craig Venter.
Projetos genomas estruturais ou funcionais possuem características comuns: pessoal
altamente qualificado, maquinário tecnologicamente sofisticado, alta capacidade de análise e
manipulação da informação gerada e integração multidisciplinar.
Abordagens técnicas que permitem a análise da expressão do genoma incluem:
• PCR em tempo real,
• EST (expressed sequence tags),
• Orestes (Open reading frames EST sequences),
• Arranjos de alta densidade em membranas,
• Sage - Análise seriada da expressão gênica,
• Arranjos de pequenos nucleotídeos,
• Arranjos de cDNAs
• Arranjos de fibra óptica e
• Arranjos longos de nucleotídeos,
• Eletroforese bidimensional,
• HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
• Espectrometria de massa
• Cristalografia de raios-X
• Ressonância magnética nuclear (NMR)
• Microarranjos protéicos
• Microscopia eletrônica de mega-complexos protéicos
• Tomografia eletrônica
• Análise in silico.
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Dentre as possibilidades geradas por abordagens que fazem uso da análise da
expressão gênica temos, por exemplo:
Comparação entre diferentes tecidos no mesmo organismo (coração x pulmão)
Comparação no mesmo tecido, no mesmo organismo (regiões displásicas x regiões
normais)
Comparação entre mesmos tecidos e organismos diferentes (OGM x organismo
selvagem)
Comparação tendo como limitante a escala temporal (mecanismos de envelhecimento
e morte celular programados ou induzidos)
Desenvolvimento de novas drogas
Interação e Formação de Redes de Pesquisa
A era genômica inicia na Amazônia em 1994 com o estabelecimento de uma unidade de
seqüenciamento de DNA na UFPA. Naquele momento, o grupo da genética paraense já era
capaz de realizar clonagem gênica e seqüenciamento manual de fragmentos de DNA de até
650 pb. Em 1996 a UFPA através de convênios com a FINEP,
SUDAM e SECTAM adquiri três seqüenciadores automáticos e
amplia sua capacidade produtiva e inserindo-se na era automatizada, fundamental para os
saltos tecnológicos que ocorreriam nos anos subseqüentes.
Com o estabelecimento do Projeto Genoma Brasileiro (PGB) em 2000 a UFPA integra
o consorcio nacional que foi responsável pelo seqüenciamento de microorganismos de
interesse biotecnológicoe e do agronegócio: Chromobacterium violaceum e Mycoplasma
synoviae. O PGB é responsável pela formação de uma rede de 25 laboratórios em território
nacional que integrados formaram uma rede de seqüenciamento virtual eficiente e que teve
como maior benefício a democratização da tecnologia genômica e a implantação das
plataformas de seqüenciamento de DNA de alta performance em todas as regiões.
Decorrente das atividades de seqüenciamento do Genoma Brasileiro o MCT estabelece
o Projeto Genoma Regional Amazônia (REALGENE) que tem como objetivo a geração e
análise de ESTs de diferentes tecidos, diferentes condições de cultivo e diferentes cultivares
de guaranazeiro, clonando e seqüenciando as regiões ativas do genoma. Assim como Genoma
Brasileiro foi responsável por uma “popularização” da tecnologia genômica, o REALGENE
integrou núcleos de toda a Amazônia Legal, formando recursos humanos em biologia
molecular e bioinformática, implantando e melhorando a infra-estrutura laboratorial em
biologia molecular em instituições de ensino/pesquisas/desenvolvimento em diferentes
estados do Norte. O projeto conta com três núcleos de seqüenciamento: dois em Manaus
(UFAM e INPA) e um em Belém (UFPA) e já está com mais de 50% das metas concluídas.
Um outro arranjo de pesquisa conjunta é a Rede Nacional de Proteoma (RNP) que foi
implantada através de uma parceria entre o Governo Federal por meio do MCT/FINEP/CNPq
com as Fundações de Amparo à Pesquisa dos estados ou como é o caso no Pará com a
SECTAM. A Rede Nacional de Proteoma compreende três tipos de laboratórios participantes
na Rede: Os laboratórios centrais que deterão os equipamentos de grande porte,
nomeadamente os diferentes espectrômetros de massa, os laboratórios associados que
participarão da execução do projeto e que desenvolverão projetos próprios através das suas
redes regionais e em colaboração com os laboratórios centrais e por fim os laboratórios
usuários que poderão utilizar a rede caso desejem utilizar as técnicas de proteômica para
desenvolvimento de projetos próprios, após a avaliação dos laboratórios centrais.
A RNP desenvolverá um projeto único nacional e simultaneamente cada rede local
desenvolverá o seu projeto específico proposto em colaboração com laboratórios centrais. O
Estado do Pará participa da Rede Nacional de Proteômica através da Rede Local formada
envolvendo Grupos da UFPA e UFRA. O Projeto local aprovado designa-se “Proteoma do
músculo esquelético de búfalo” e visa mapear as proteínas do músculo esquelético de búfalo
por eletroforese bidimensional e espectrometria de massa. Outro dos objetivos propostos é
fazer o mapeamento diferencial de búfalos com musculatura normal e búfalos com hipertrofia
muscular visando a identificação das proteínas afetadas por este processo.
A Unidade de Proteômica que está sendo montada na UFPA possui equipamento para
o desenvolvimento de eletroforese bidimensional e um sistema de cromatografia liquida de
HPLC para purificação de proteínas, sendo a identificação das proteínas fracionadas realizada
por espectrometria de massa pelos laboratórios centrais da RNP. Uma vez montada a unidade
de proteômica ela também será utilizada para o desenvolvimento de projetos em andamento
inseridos no Projeto Genoma Funcional da C. violaceum, na linha de pesquisa que pretende
realizar o estudo funcional de genes ligados a biodegradação de compostos tóxicos e de
resistência a metais em Chromobacterium violaceum, com potencial de aplicação
biotecnológica e em biorremediação. O objetivo geral deste projeto
é contribuir para a caracterização da expressão e produtos dos
genes associados à resistência e detoxificação de compostos de arsênio, mercúrio e cianeto em
C. violaceum, identificados como alvos das patentes requeridas no Projeto Genoma do CNPq,
visando fornecer subsídios científicos e tecnológicos para potencial aplicação destes em
biotecnologia e biorremediação.
Com financiamento do FUNTEC/SECTAM está sendo também desenvolvido na
UFPA um projeto que tem como objetivo a caracterização molecular e estrutural da proteína
ArsR reguladora do operon de resistência a arsênio em C. violaceum com potencial aplicação
na descontaminação ambiental. Este projeto tem como objetivo a aplicação de técnicas de
biologia molecular bem como de um sistema de modelagem molecular para a caracterização
estrutural e funcional da proteína ArsR reguladora do operon de resistência ao arsênio em C.
violaceum visando conhecer os mecanismos de regulação deste operon com o objetivo de
potenciar a sua utilização em processos de biorremediação. Este projeto é realizado na UFPA
juntando o Departamento de Genética e o Departamento de química e a UFAM.
Potencial Instalado e Perspectivas Futuras
Hoje a UFPA, UFAM e INPA dispõem de um parque de análise genômica implantado e
conta com grupos de pesquisa capacitados tecnicamente para execução de atividades
investigativas em genética genômica estrutural e funcional trabalhando em consonância com
as atividades de pesquisa e desenvolvimento tecnológico da região como o Centro de
Biotecnologia da Amazônia, em Manaus. Sua capacidade instalada permite a realização de
pesquisas que envolvem os três campos da genética moderna: genômica, transcriptômica e
proteômica.
Novas tecnologias despontam no panorama atual como os RNAs de interferência e micro
RNAs e que precisam aqui ser estabelecidas.
O esforço feito até o momento é marcado pelo pioneirismo, mas muito ainda há por ser
fazer. A falta de recursos humanos capacitados na Amazônia sobrecarrega os 1% dos doutores
brasileiros que atuam na Região e cria demandas urgentes. O desconhecimento do potencial
biotecnológico da floresta ainda é uma penosa realidade e o processo de destruição deste
patrimônio é presente em nosso dia a dia. Os dados oficiais da devastação subestimam o
cenário perdido e fazem com que ano a ano o Brasil amargue índices vergonhosos de aumento
da perda da cobertura vegetal original.
A Amazônia é um patrimônio universal e só existe uma maneira de preservarmos que é
conhecendo-a. Ciência de boa qualidade, tecnologia e formação de recursos humanos
especializados andam juntos e são fundamentais na busca do desenvolvimento sustentável da
hiléia. É com pensamento no ecossistema, na qualidade de vida do povo da floresta e das
metrópoles estabelecidas que a moderna sociedade brasileira deve se preocupar ao incluir a
Amazônia na sua agenda de desenvolvimento.
Referências Bibliográficas
CRICK, F. Central dogma of molecular biology. Nature. 1970 Aug 8;227(5258):561-3.
1970.
BRAZILIAN NATIONAL GENOME PROJECT CONSORTIUM. The complete genome
sequence of Chromobacterium violaceum reveals remarkable and exploitable bacterial
adaptability. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Sep 30;100(20):11660-5. 2003.
TYERS, M., MANN, M. From genomics to proteomics, Nature 2003 March 13; 422:
193-197