AULA 17 O GENOMA HUMANO. PROJECTO GENOMA HUMANO.pptx

TEMA: O GENOMA HUMANO. PROJETO GENOMA HUMANO.
SEQUENCIAMENTO DO DNA.
DOENÇAS ASSOCIADAS AO DNA.

GENOMA
Genoma é a sequência completa de DNA de um organismo, ou seja,
é o conjunto de todos os genes de uma determinada espécie.
Estudar o genoma é como estudar a anatomia molecular de uma
espécie.

GENOMA
O Genoma Humano consiste na totalidade de DNA de um indivíduo,
organizado dentro dos 22 pares de cromossomas, mais o cromossoma
sexual X (um nos homens, dois nas mulheres) e/ou um cromossoma Y
(somente nos homens) que estão contidos nos núcleos de todas as
células (chamado genoma nuclear) e numa pequena molécula de DNA
circular encontrada dentro das mitocôndrias individuais (denominado
genoma mitocondrial).

Os genomas humanos haplóides estão contidos nas células
germinativas (óvulos e espermatozóides) e são constituídos por três
bilhões de pares de bases de DNA, enquanto os genomas diplóides
(encontrados em células somáticas) tem o dobro do conteúdo de DNA.
Embora existam diferenças significativas entre os genomas de indivíduos
humanos (na ordem de 0,1%), estes são consideravelmente menores que
as diferenças entre humanos e seus parentes vivos mais próximos,
os chimpanzés (aproximadamente 4%).
GENOMA

GENOMA
O Genoma é toda a informação hereditária codificada no DNA de um
organismo ou no RNA, no caso dos vírus.
O conteúdo do genoma humano é comumente dividido entre
sequências codificantes de DNA e sequências não-codificantes de
DNA.
O DNA codificante é composto pelas sequências que podem ser
transcritas e traduzidas em proteínas durante o ciclo de vida
humano; também chamado de gene.

GENOMA
Existem cerca de 19.000 a 20.000 genes codificadores de proteínas
humanas, e estas sequências codificadoras representam uma fracção
muito pequena do genoma – aproximadamente 1,5%. Os genes são a
unidade básica da hereditariedade, ou seja, são transmitidos dos pais
para os filhos.
O DNA não codificante é constituído por todas sequências (cerca de
98% do genoma) que não são utilizadas para codificar proteínas,
que actuam na regulação do DNA ou são sequências em que a função
ainda não foi descoberta.

Mudanças nas sequências do DNA não codificante apesar de não
alterarem directamente os genes, podem provocar alterações na forma
em que os genes são expressos no indivíduo.
Actualmente, a busca por informações sobre a função e origem evolutiva
do DNA não codificante é um objectivo importante da pesquisa genômica
contemporânea.
GENOMA

PROJETO GENOMA HUMANO (HGP)
O Projeto Genoma Humano (Human Genome Project, HGP) é uma das
maiores façanhas da história da humanidade. Ele é traduzido como um
esforço da pesquisa internacional para sequenciar e mapear todos os
genes dos seres humanos, que no seu conjunto é conhecido
como genoma.
O HGP, iniciou formalmente em 1990 e foi projectado para durar 15
anos.

Principais objectivos do HGP:
 determinar a ordem, ou sequência, de todas as bases do DNA
genômico humano;
 identificar e mapear os genes de todos os 23 pares de cromossomas
humanos;
 armazenar essa informação em bancos de dados;
 desenvolver ferramentas eficientes para analisar esses dados;
 desenvolver meios de usar esta informação para o estudo da Biologia
e da Medicina.
PROJETO GENOMA HUMANO

O HGP começou como uma iniciativa do sector público, tendo a
liderança de James Watson, na epoca chefe do Instituto Nacional de
Saúde dos EUA (NIH). Numerosas escolas, universidades e
laboratórios participaram do projecto, usando recursos do NIH e do
Departamento de Energia Norte-americano.
Cerca de 18 países iniciaram programas de pesquisas sobre o genoma
humano. Os maiores programas desenvolvem-se na Alemanha,
Austrália, Brasil, Canadá, China, Coreia, Dinamarca, Estados Unidos,
França, Holanda, Israel, Itália, Japão, México, Reino Unido, Rússia,
Suécia e União Européia.

Com a entrada da iniciativa privada no Projecto Genoma, dando
preferência a uma abordagem dirigida apenas aos genes que
apresentavam interesse para a cura de doenças, o sector público passou
a rever o seu cronograma e o processo de sequenciamento do DNA foi
acelerado.
As primeiras sequências do genoma humano foram publicadas em
Fevereiro de 2001 pelo Projecto Genoma Humano e pela Celera
Corporation. A conclusão da sequência do projeto do genoma humano
foi publicada em 2004.

Os resultados foram publicados em duas revistas diferentes. A revista
inglesa Nature publicou o trabalho dos pesquisadores do PGH,
liderado por Francis Collins, do NHGRI (National Human Genome
Research Institute), e a revista norte-americana Science, o trabalho
dos pesquisadores da Celera, liderado pelo cientista Craig Venter.
Com previsão para terminar em 2003, dois anos antes do que
inicialmente se pensava, em 2001, Francis Collins chamou a publicação
da sequência quase completa do genoma humano como “the end of the
beginning” (o fim do princípio).

O genoma humano foi o primeiro de todos os vertebrados a ser
completamente sequenciado. A partir de 2012, milhares de genomas
humanos foram completamente sequenciados, e muitos outros foram
mapeados em níveis mais baixos de resolução.
Esses dados são usados mundialmente em ciências como:
Biomédica, Antropologia, ciência forense, etc. Existe uma expectativa
amplamente difundida de que os estudos genômicos levarão a avanços
no diagnóstico e tratamento de doenças e em novas teorias em
muitos campos da Biologia, como por exemplo a evolução humana.

Embora a sequência do genoma humano tenha sido quase totalmente
sequenciada, ela ainda não é totalmente compreendida. A maioria dos
genes foi identificada por uma combinação de abordagens
experimentais e de bioinformática de alto rendimento, mas ainda há
muito trabalho a ser feito para elucidar melhor as funções biológicas dos
seus produtos (proteínas e RNA).

SEQUENCIAMENTO DO DNA
O Projeto Genoma Humano e o constante avanço das tecnologias de
sequenciamento do material genético levaram ao surgimento do que
chamamos de “Era Pós Genômica”.
Hoje é possível sequenciar todo ou algumas partes do DNA de
forma rápida e por um preço acessível através do Sequenciamento de
Nova Geração ou NGS (Next Generation Sequencing). Esta técnica
possibilita conquistas importantes no diagnóstico de patologias e na
medicina de precisão.

O sequenciamento de DNA se baseia em equipamentos que leêm
uma amostra de DNA e geram um arquivo electrônico. Este arquivo
contém símbolos que representam a sequência de bases nitrogenadas –
A, C, G, T – presentes na amostra.
Em outras palavras, o sequenciamento de DNA é a determinação exata
da ordem em que os nucleotídeos se encontram.

O primeiro método para sequenciar o DNA foi de Maxam-Gilbert. Este
método só era capaz de sequenciar alguns nucleotídeos por vez.
Em seguida, Frederik Sanger desenvolveu o método de terminação de
cadeia, publicado em 1977, que se tornou popular e tem sido utilizado
até hoje por centros de pesquisa ao redor do mundo.
O método conhecido como sequenciamento de Sanger, é considerado
uma tecnologia de “primeira geração”.

Este método é útil e eficaz no sequenciamento de fragmentos de DNA de
500-900 pares de bases.
Por isso, o sequenciamento de Sanger é bastante utilizado para
sequenciar organismos que possuem sequências curtas de DNA como
plasmídeos bacterianos, ou também fragmentos de DNA amplificados por
PCR (reação em cadeia da polimerase ou polymerase chain reaction).

Em 1986 foi lançado o primeiro sequenciador automático de DNA, o ABI
370, e em 1998, o primeiro sequenciador de eletroforese capilar, o ABI
3700. Com a automatização foi possível realizar grandes projectos de
sequenciamento, como o Projeto Genoma Humano completo.
Apesar do sucesso no sequenciamento do genoma humano completo, o
Sequenciamento de Sanger, é um método caro e ineficiente para
projectos de larga escala. Para tarefas como essa, as novas técnicas do
Sequenciamento de Nova Geração (NGS) são mais eficientes e
possuem menor custo.

O Sequenciamento de Nova Geração também é chamado de
Sequenciamento Massivo em Paralelo ou Sequenciamento de Alta
Performance. Por isso o NGS pode ser caracterizado como um
sequenciamento de DNA e RNA automatizado, paralelo e de alto
rendimento que permite sequenciar o DNA de forma muito mais rápida e
barata em comparação com o sequenciamento de Sanger, usado
anteriormente.

O método de NGS sequencia fragmentos curtos de DNA que variam de 50
a 300 nucleotídeos de comprimento. Todas as plataformas de
sequenciamento de NGS se baseiam no processamento paralelo massivo
de fragmentos de DNA. Isto é, enquanto um sequenciador de eletroforese
capilar processa, no máximo, 96 fragmentos por vez, os sequenciadores de
nova geração podem ler até bilhões de fragmentos ao mesmo tempo. Com
o NGS, é possível sequenciar o genoma inteiro ou apenas áreas
específicas de interesse, incluindo todos os aproximadamente 20.000
genes codificadores ou um pequeno número de genes individuais.

O sequenciamento do DNA é feito em equipamentos que se chamam
plataformas NGS. Existem diferentes plataformas disponíveis no
mercado e elas se diferem na tecnologia e no método utilizado para o
sequenciamento em massa.
As principais plataformas de sequenciamento são: Roche/454, Ion
Torrent, Illumina, Solid, Pacific Biosciences e o Oxford Nanopore:
Sequenciamento de moléculas únicas. (Pesquisa individual).

Tipos de Sequenciamento de Nova geração (NGS)
 Sequenciamento do Genoma Completo (WGS- Whole Genome Sequencing)
 Sequenciamento do exoma completo (WES- Whole Exome Sequecing)
 Sequenciamento de genes alvo ou painel de genes

É o sequenciamento de todo o material genético ou DNA de um
indivíduo. Esse sequenciamento irá incluir o DNA codificante e não
codificante.
O WGS resulta num arquivo com uma infinidade de informações sobre
o material genético que podem ter uma interpretação clínica ou não.
Na maioria das vezes, apenas as alterações na porção codificante do
DNA, que representa aproximadamente 2% de todo genoma, permitem
uma interpretação clínica
Sequenciamento do Genoma Completo (WGS)

As alterações que ocorrem em regiões não codificantes muitas vezes
não respondem informações sobre possíveis consequências no
indivíduo.
Sequenciamento do Genoma Completo (WGS)
O sequenciamento do genoma completo é mais indicado em
estudos científicos que visam estudar as consequências de
alterações em regiões ainda não estudadas ou a busca pelas
alterações que causam doenças ainda sem causa elucidada.

Sequenciamento do Exoma Completo (WES)
É o sequenciamento da porção codificante do DNA, ou seja, de todas
as sequências de DNA que codificam os aproximadamente 21.000 genes
do genoma humano.
O termo exoma se refere ao conjunto de éxons, que são as sequências do
DNA que vão passar pelas etapas de transcrição e tradução até serem
codificadas em proteínas. Alterações nos genes podem causar alterações
nas proteínas e consequentemente são mais prováveis de causarem
doenças.

Sequenciamento do Exoma Completo (WES)
O WES é um exame laboratorial eficiente, indicado para o diagnóstico
clínico em casos em que existe hipótese diagnóstica de mais de uma
doença específica, ou ainda, que não se tem hipótese diagnóstica
específica.
O resultado de um WES é um arquivo com as mutações encontradas em
todos os genes do indivíduo, o que exige um maior tempo de análise.

Sequenciamento de genes alvo ou painel de genes
É o sequenciamento realizado apenas num grupo de genes de
interesse.
Esse tipo de sequenciamento é semelhante ao WES, onde, em vez de
sequenciar todos os genes do indivíduo, o sequenciamento é feito em
apenas num número de genes específicos já associados a uma ou mais
doenças, por exemplo. Portanto, quando se há uma hipótese de
diagnóstico de uma doença específica, o painel de genes é mais
recomendado que o WES no diagnóstico clínico.

Sequenciamento de genes alvo ou painel de genes
Actualmente os laboratórios que realizam NGS disponibilizam painéis de
genes associados a diversas doenças genéticas, como cancro da mama e
outros cancros, doenças esqueléticas, musculares, etc.
As vantagens do sequenciamento de painel de genes em relação ao WES
são a economia no custo do NGS, visto que menos genes serão
sequenciados, e também haverá uma diminuição no tempo de análise.

Analise dos Resultados do Sequenciamento de Nova Geração (NGS)
O resultado de um NGS é um arquivo contendo a leitura de até bilhões
de fragmentos de DNA. Estes arquivos precisam ser processados para
realizar as análises do material genético. Para isso, são utilizadas
ferramentas de bioinformática para definir a posição exacta de cada
nucleotídeo do DNA no genoma, e a partir dele é possível analisar as
mudanças nas sequências do DNA do indivíduo.

A bioinformática, utiliza técnicas de informática para análises de dados
científicos que organizam e analisam informações genéticas complexas
utilizando uma combinação de ferramentas de Informática, Matemática e
Estatística.
Os dados recebidos do sequenciamento são processados e analisados
para verificar a qualidade do arquivo e em seguida são alinhados com um
genoma de referência.

Uma sequência de nucleotídeos conhecida irá servir de guia para a
montagem do genoma sequenciado. Após ter organizado todos os
fragmentos em sequências alinhadas com a sequência de referência,
as regiões genômicas podem ser analisadas em busca de alterações
conhecidas como variantes.
Existem diversas plataformas online que permitem identificar as variantes
e estimar o possível dano que uma alteração específica pode ocasionar
na proteína que codifica.

Cada plataforma faz essa predição através de métricas específicas e
assim classificam, se a variação tem mais chance de não ter causado
nenhuma mudança na proteína (ou seja, é uma mutação benigna) ou ter
causado uma mudança leve ou grave (mutação possivelmente patogênica
ou patogênica).

Aplicações do sequenciamento de nova geração - NGS
Aplicações do NGS na Medicina de precisão
A medicina de precisão é um novo conceito de praticar a medicina que
visa tratar a saúde do paciente de maneira exclusiva, baseando-se nas
características individuais de cada paciente (genética, ambiente,
comportamento) para optimizar e personalizar estratégias de
prevenção, detecção e tratamento. Todos os indivíduos acometidos por
uma determinada patologia recebiam o mesmo tratamento, o que
poderia ser benéfico e eficaz para alguns, ineficaz para outros, como
também, poderia provocar reações adversas em outros.

Estudos no genoma humano contribuíram fortemente para o avanço da
medicina de precisão, permitindo prever como algumas mutações iriam
gerar doenças com comportamentos clínicos diferentes em relação à sua
agressividade e resposta ao tratamento e assim fornecer estratégias
específicas para o diagnóstico e terapias alvo de diversos tipos de
doenças.
Aplicações do sequenciamento de nova geração - NGS
Terapias alvo já são uma realidade no cancro da mama, do cólon, do
pulmão, melanoma, leucemias e linfomas, por exemplo.

Um exemplo conhecido é o sequenciamento dos genes BRCA1 e BRCA2
em casos familiares de cancro da mama e do ovário hereditário. A
detecção de alterações patogênicas num desses genes indica
susceptibilidade à doença e assim orienta a conduta do médico no
tratamento preventivo.
O mesmo ocorre no cancro não polipoide do cólon ou da síndrome de
Lynch, no qual o sequenciamento de genes, dos genes MLH1, MSH2 e
MSH6 é recomendado para vigilância e tratamento preventivo.

DOENÇAS ASSOCIADAS AO DNA
As doenças genéticas são aquelas que envolvem alterações no material
genético, ou seja, no DNA. Esta alteração pode ser causada pela troca
de uma base dentre as 3 bilhões de bases existentes no genoma ou
pela presença de um cromossoma inteiro a mais.
Sendo assim, qualquer enfermidade de origem não infecciosa, não
contagiosa e que atinja o material genético é considerada uma doença
genética.

Algumas destas doenças são hereditárias e podem passar
de uma geração para outra e outras podem não ser herdadas
e acontecer de forma esporádica.
Entretanto, nem toda doença genética é hereditária. Um
exemplo é o cancro, que é causado por alterações no material
genético, mas não é transmitido aos descendentes.

Existem três tipos de doenças genéticas:
 Monogenéticas ou mendelianas
 Multifatorial ou poligênicas
 Cromossômicas

DOENÇAS MONOGENÉTICAS
As doenças monogênicas são as doenças que afectam um único gene.
Alguns exemplos destas doenças são:
 Fibrose Cística,
 Anemia Falciforme
 Doença de Huntington.

FIBROSE CÍSTICA
A fibrose cística é uma das doenças genéticas mais comuns.
Os genes são transmitidos pelos pais, entretanto eles não manifestam a
doença. São apenas portadores. Essa enfermidade compromete o
funcionamento dos aparelhos digestivo e respiratório, e das glândulas
sudoríparas.
A doença pode ser diagnosticada ainda na infância, pelo teste do
pezinho.

ANEMIA FALCIFORME
A anemia falciforme é uma alteração genética, com caráter
hereditário, na qual as hemácias perdem o seu formato normal e
adquirem a forma de foice.
Essa condição dificulta a passagem das hemácias pelos vasos
sanguíneos e compromete a oxigenação dos tecidos.

DOENÇAS MULTIFATORIAIS
São aquelas que atingem mais de um gene e ocorre ainda interferência
dos factores ambientais.
As doenças multifatoriais são responsáveis pela maior parte das
doenças que acometem a população adulta e as malformações
congênitas. Normalmente são causadas por uma combinação de
factores ambientais e hábitos de vida. Exemplos dessas doenças são:
doenças autoimunes, diabetes e Alzheimer.

DIABETES
A diabetes é uma doença que compromete a produção do hormônio
insulina, responsável por controlar o nível de glicose no sangue. Isso
ocorre porque a produção da substância pelo pâncreas não é suficiente
para prover as necessidades do organismo ou porque existe a
resistência à insulina, condição caracterizada pela dificuldade do corpo
em processar adequadamente o hormônio.

DIABETES
Portadores de diabetes e indivíduos geneticamente propensos devem
manter hábitos saudáveis por toda a vida, como cuidar da alimentação,
realizar exercícios físicos com regularidade e manter o controle do
peso.
Embora não seja possível prevenir completamente a doença, hábitos
saudáveis são essenciais, já que altos níveis de glicose a longo prazo
podem resultar em sérios danos para os órgãos, os nervos e os vasos
sanguíneos.

DOENÇAS CROMOSSÔMICAS
São aquelas em que os cromossomas sofrem modificações na sua
estrutura e no número. Por exemplo, sabemos que a espécie humana
possui 23 pares de cromossomas, caso apresente falta ou excesso de
um deles surge uma doença genética.
Alguns exemplos destas doenças são: Síndrome de Down, Síndrome de
Noonan e Síndrome de Patau, etc.

SÍNDROME DE DOWN
Também conhecida como trissomia do cromossoma 21, ocorre
devido a um excesso de material cromossômico. Indivíduos acometidos
por essa condição possuem 47 cromossomas, sendo o cromossoma
extra ligado ao par 21.
Essa condição pode ser descoberta antes mesmo do bebê nascer,
através de exames recomendados durante a gravidez, como o NIPT,
ultrassom morfológico e cariotipo banda G.

SÍNDROME DE PATAU
Também conhecida como trissomia 13 é causada pela presença de
um cromossoma a mais no par 13.
A doença pode causar uma série de alterações físicas e fisiológicas.

Não existe um tratamento único para doenças genéticas e hereditárias,
cada doença tem a sua particulariedade e necessita de auxílio médico
específico. O indicado é que o paciente tenha um acompanhamento de
um profissional desde o nascimento, assim como a família tenha
suporte e instruções em todos os momentos.

Actualmente existem diversos exames que permitem diagnosticar a
presença de doenças genéticas e hereditárias.
O médico geneticista é o melhor profissional para avaliar a correcta
indicação dos exames.
Os principais exames são: mapeamento genético, cariótipo,
sequenciamento do DNA, CGH array, MLPA, SNP array, Exoma, etc.

AULA 17 O GENOMA HUMANO. PROJECTO GENOMA HUMANO.pptx

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