Por que genoma humano nunca foi decifrado completamente (e o que falta para se chegar lá)

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Apesar do que foi anunciado em várias ocasiões, partes do genoma humano continuam fora do alcance dos geneticistas.
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Por BBC
09/03/2023 08h16 Atualizado há 2 horas
Postado em 09 de março de 2023 às 10h20m

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— Foto: GETTY IMAGES via BBC

O Projeto do Genoma Humano é considerado uma das conquistas científicas mais importantes da história. Ele foi lançado em 1990 por um consórcio internacional de cientistas, ao custo de US$ 3 bilhões (cerca de R$ 15,6 bilhões, em valores atuais).

Seu objetivo era determinar a sequência dos 3,2 bilhões de pares de bases (ou letras) que compõem o DNA do ser humano: todas as suas informações hereditárias e instruções para construir e manter o funcionamento das suas células, tecidos e órgãos.

No ano 2000, com grande publicidade, surgiu o anúncio de que havia sido completado o primeiro rascunho do genoma humano.

"O anúncio de hoje representa mais do que um triunfo histórico da ciência e da razão... com este novo e profundo conhecimento, a humanidade está a ponto de obter um novo e imenso poder de cura", declarou o então presidente dos Estados Unidos, Bill Clinton.

O projeto trazia muitas promessas. Ele revelaria, por exemplo, a função dos genes, especialmente os relacionados às doenças, o que traria a medicina personalizada, com tratamentos baseados na nossa composição genética.

O genoma também prometia revelar informações sobre nossas origens evolutivas, para sabermos exatamente de onde viemos e como nos diferenciamos dos outros primatas.

Mas o estudo apresentado em 2000 não estava completo. Não era apenas um primeiro rascunho não revisado. Ele também incluía regiões enormes nas quais a sequência de DNA sequer aparecia.

O projeto continuou. Em 2003, veio novo anúncio, desta vez com menos alarde, de que o genoma humano havia sido completado. Mas cerca de 8% das informações continuavam faltando.

Essas lacunas incluíam os fragmentos mais difíceis de sequenciar, nos quais as letras do DNA são repetidas mais de uma vez. E, com a tecnologia disponível na época, sua leitura era impossível.

Assim, o genoma humano, oficialmente, estava completo, mas permaneceu por 20 anos sem que fosse totalmente decifrado. Até que, em 2021, um consórcio científico chamado Telometer-to-Telometer (Telômero a Telômero, T2T) anunciou que havia conseguido ler todo o genoma.

Mas era verdade?

Sim, mas... embora tenham atingido locais antes inacessíveis (especificamente, esses 8% que não podiam ser lidos), a realidade é que existem partes do genoma humano que continuam fora do alcance dos geneticistas.

Os avanços da tecnologia possibilitaram ler o genoma humano completo, sem lacunas e com o mínimo de erros. Mas esse genoma humano de referência é um "composto", para o qual foi utilizado DNA extraído de diversos indivíduos.

Ou seja, não é o genoma de uma pessoa real que tenha vivido entre nós.

As dificuldades

Por que decifrar o genoma humano é um trabalho tão difícil?

"A principal limitação foi que as tecnologias que nos permitem decifrar a sequência do DNA usam fragmentos curtos que são lidos em uma máquina e, depois, precisam ser recompostos, como se fossem peças de um complicado quebra-cabeça", explica o professor de genômica Manuel Corpas, da Escola de Ciências da Vida da Universidade de Westminster, em Londres.

"Se, no quebra-cabeça, você encontrar uma região na qual a cor e a forma das peças não se altera (é repetitivo), é difícil colocá-las na ordem correta de forma inequívoca sem ter um marco de referência", explica ele à BBC News Mundo, o serviço em espanhol da BBC.

De fato, sequenciar um genoma é como cortar um livro em fragmentos de texto e tentar reconstruir o livro juntando novamente todos os fragmentos. Os fragmentos de texto que contêm palavras e frases repetidas e comuns são muito mais difíceis de reunir que os trechos que são únicos e diferentes.

Com o genoma humano, é preciso montar milhões de peças que descrevem a diversidade de um indivíduo. Grandes fragmentos dessas peças estão cheios de repetições e estas são as regiões mais difíceis de ler no genoma humano.

Mas isso foi até 2021, quando as novas técnicas de sequenciamento conseguiram capturar essas repetições.

"É como se tivéssemos um mapa cartográfico do século 18, descrevendo a geografia mundial", explica Corpas.

"Primeiro, foram verificadas as formas do litoral dos continentes próximos e os espaços vazios foram sendo preenchidos conforme a nossa capacidade de definir regiões ambíguas foi se refinando", acrescenta.

O avanço importante atingido em 2021 pelo T2T, que foi oficializado em 2022 por diversos estudos publicados na revista Science, foi a capacidade de ler com precisão fragmentos de DNA muito mais longos, depois que se descobriu a forma de mapear suas regiões repetitivas mais misteriosas e esquecidas.

O consórcio T2T foi criado em 2018 por Adam Phillippy, do Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano em Maryland, nos Estados Unidos, e Karen Miga, geneticista da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, nos Estados Unidos.

O T2T não era um projeto respaldado por bilhões de dólares, mas a sua conquista – poder ler um genoma humano completo – foi considerada um marco.

Para poder sequenciar o genoma, os cientistas utilizaram uma espécie de "atalho".

As células humanas normais são diploides, o que significa que elas têm duas cópias de cada tipo de cromossomo. O pai e a mãe fornecem ao par um cromossomo cada um.

Mas as células utilizadas pela equipe do T2T para seu sequenciamento continham apenas um conjunto de cromossomos herdados do pai. Isso facilitou a reconstrução da sequência precisa, mas também significou que o genoma do T2T não pode revelar como varia o DNA dentro de uma mesma pessoa.

Ou seja, mesmo com o enorme avanço do T2T, o genoma sequenciado é uma única versão de um genoma que não representa um ser humano que tenha realmente vivido. Não é “o” genoma humano.

Mas este genoma sequenciado agora irá estabelecer as bases da novas pesquisas genômicas.

Com a capacidade de ler todo o genoma humano, os cientistas esperam agora poder sequenciar os genomas de pessoas de diversas populações de todo o mundo para formar uma imagem real da diversidade genética da nossa espécie.

Ou seja, o verdadeiro sucesso será poder ler diversos genomas que permitam observar como suas regiões variam dentro de uma pessoa, de uma pessoa para outra, de uma população para outra ou de uma espécie para outra.

"Existem muitas variantes ou diferenças em cada organismo, cerca de cinco milhões em cada ser humano", afirma Corpas. "A grande maioria das variantes não produz nenhum efeito, mas sim um pequeno percentual."

"Entender o efeito provocado por essas variantes e como elas condicionam o funcionamento do organismo é uma das principais fronteiras do conhecimento do genoma, mas não a única", explica o professor. "Esclarecer qual é a predisposição a doenças raras ou comuns, portanto, é um dos principais objetivos a serem alcançados."

"Outro objetivo importante é entender como muitas das variantes que condicionam o surgimento do câncer evoluem dentro do organismo para produzir tumores", acrescenta Corpas.

Pangenoma humano

Um novo esforço nesta área está sendo realizado pelos cientistas do chamado Consórcio de Referência do Pangenoma Humano.

Em conjunto com o T2T, o Consórcio do Pangenoma espera sequenciar os genomas de cerca de 450 pessoas de todo o mundo para poder ter melhor conhecimento de como o DNA varia dentro de uma pessoa e de uma pessoa para outra.

Um dos principais objetivos deste conhecimento será identificar as variantes que colaboram com o risco de doença de uma pessoa e contar com a medicina personalizada no futuro.

"Poder desenvolver terapias de câncer que sejam personalizadas para cada paciente é uma área muito ativa, bem como a farmacogenômica, ou seja, a influência da genética sobre a nossa dose ideal ou até sobre reações adversas a medicamentos", segundo Manuel Corpas.

O professor também explica que estão sendo realizados esforços para alterar nosso código genético com técnicas como CRISPR. Seu objetivo é "editar" os genes para eliminar e corrigir falhas causadoras de doenças.

Mas Corpas destaca que esta "é apenas a ponta do iceberg". A medicina do futuro será baseada na genômica e em como as informações genéticas são herdadas e modificadas de uma geração para outra.

Os sucessos

Grande parte das promessas de 1990, quando foi lançado o Projeto do Genoma Humano, já foi atingida. Hoje, sabemos muito mais sobre as funções de diversos genes e seu papel em doenças que variam do câncer de mama até a esquizofrenia.

Mas, na prática, a medicina genômica não conseguiu chegar muito longe, já que se descobriu que a maior parte das doenças é afetada por centenas de genes.

Existem muito poucas doenças hereditárias que são causadas por um único gene defeituoso. E os exames genéticos para detectar as pessoas com risco de contrair doenças raras são adotados, em grande parte, apenas para as pessoas consideradas de maior risco.

Mas a genética conseguiu alterar nossa compreensão sobre a evolução humana. Agora sabemos, por exemplo, que nossos antepassados se misturaram com outros hominídeos, como os neandertais.

A pergunta que surge é se, com as novas iniciativas, como o projeto do Pangenoma Humano, conseguiremos finalmente completar o genoma humano.

A resposta é não. E o motivo é que não existe um único genoma humano. O DNA de cada pessoa é diferente e as diferenças são consideráveis.

“Todos nós temos um genoma único, que condiciona nossa resposta a patógenos, enfermidades, medicamentos etc.”, segundo explica Manuel Corpas.

“Chegará um momento em que o genoma de referência será o de cada pessoa, um único genoma para cada indivíduo, para detectar e prever doenças antes que surjam os sintomas”, prossegue o professor.

“Enquanto isso, já existe muito o que pode ser feito com as variações comuns que encontramos em populações de indivíduos, em diferentes proporções. Essas variações nos ajudam a entender por que os asiáticos são menos tolerantes ao álcool ou à lactose e por que os europeus são mais sensíveis ao câncer de pele.”

Por isso, realmente só iremos conseguir entender o genoma quando tivermos um registro de como ele varia de uma pessoa para outra e entre as diferentes populações.

Ou seja, enquanto houver seres humanos, haverá novos genomas. E nunca terminaremos de ler o genoma humano.

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Como cientista dos EUA pretende bater recorde e viver 100 dias embaixo d'água

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Joseph Dituri, de 55 anos, está vivendo em um alojamento submerso a uma profundidade de cerca de nove metros em Key Largo, na Flórida.
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Por Alessandra Corrêa, BBC — Washington
08/03/2023 07h27 Atualizado há uma hora
Postado em 08 de março de 2023 às 08h30m

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Dituri dentro do alojamento enquanto um grupo de mergulhadores posa para foto com ele do lado de fora — Foto: CORTESIA DE JOSEPH DITURI, USF via BBC

Foi ao longo de 28 anos como mergulhador da Marinha dos Estados Unidos que o doutor em engenharia biomédica Joseph Dituri, pesquisador e professor da Universidade do Sul da Flórida (USF), desenvolveu sua paixão pelo fundo do mar. Apelidado de Dr. Deep Sea (Dr. Mar Profundo), Dituri, de 55 anos de idade, conhece como poucos o ambiente marinho.

Na semana passada, Dituri, que é especialista em mergulho saturado (em grandes profundidades), iniciou um dos principais desafios de sua carreira: passar cem dias morando embaixo d'água. Durante o período, ele vai viver em um alojamento submerso a uma profundidade de cerca de nove metros em Key Largo, na Flórida.

Dituri quer bater o recorde mundial de mais tempo morando embaixo d'água, conquistado em 2014 por dois pesquisadores da Universidade do Tennessee, que passaram 73 dias no mesmo alojamento, chamado Jules' Undersea Lodge.

"Mas essa não é a parte mais importante", disse Dituri em entrevista coletiva ao apresentar o projeto, iniciado em 1º de março. Durante todo o período embaixo d'água, ele vai conduzir pesquisas sobre saúde, ambiente marinho e novas tecnologias, além de continuar a lecionar na universidade, em aulas online.

O projeto é uma oportunidade para pesquisar como a exposição de longo prazo à pressão aumentada embaixo d'água afeta o corpo humano.

Dituri já foi submetido a uma série de testes físicos e psicológicos — Foto: CORTESIA DE JOSEPH DITURI, USF via BBC

Os efeitos físicos e mentais de ficar por um período tão prolongado no ambiente subaquático serão monitorados por uma equipe médica formada por dez profissionais, que irão fazer visitas regulares ao alojamento e submeter Dituri a uma bateria de testes, incluindo exames de sangue, ultrassom e eletrocardiograma, entre outros.

Ele já passou por uma série de testes físicos e psicológicos em preparo ao desafio, e continuará a ser monitorado após o fim da temporada, para pesquisar efeitos de longo prazo. Também será avaliado periodicamente por psicólogos e psiquiatras, que vão documentar o impacto mental de passar tanto tempo confinado.

"O corpo humano nunca esteve embaixo d'água por tanto tempo, então serei monitorado de perto", ressalta Dituri. "Esse estudo vai examinar todas as maneiras pelas quais essa jornada pode impactar meu corpo, mas minha hipótese é a de que haverá melhora na minha saúde devido à maior pressão."

Dituri pretende aprofundar as conclusões de um estudo anterior, feito por pesquisadores da Universidade de Wisconsin, que sugere que a maior pressão do ambiente subaquático poderia ter impacto benéfico na longevidade e na prevenção de doenças associadas ao envelhecimento.

• Além das pesquisas na área de saúde, o projeto também vai incluir testes de novas tecnologias, entre elas uma ferramenta de inteligência artificial para rastrear o corpo humano em busca de doenças e determinar se alguma medicação é necessária.

Antes de ser professor universitário, Dituri serviu 28 anos como mergulhador da Marinha dos Estados Unidos e é especialista em mergulho saturado (em grandes profundidades) — Foto: CORTESIA DE JOSEPH DITURI, USF via BBC

O pesquisador pretende receber em seu alojamento a visita de outros cientistas e alunos, por períodos curtos de até 24 horas, para estudos e discussões sobre preservação e proteção do ambiente marinho. Também vai receber grupos de crianças com acompanhantes, e diz que um de seus objetivos é inspirar novas gerações de cientistas.

"Quero ajudá-las (as crianças) a entender como fazer pesquisas, e saber que é possível fazer pesquisas em ambientes tão legais como esse laboratório submerso", salienta.

Detalhes das discussões com outros cientistas e de sua rotina serão postados em um canal no YouTube e em redes sociais.

A nova rotina

Dituri conta que o projeto tem um custo estimado em US$ 250 mil (cerca de R$ 1,29 milhão), financiado com uma combinação de bolsas e patrocínios de diferentes entidades.

Na semana passada, ao iniciar sua temporada submerso, ele apresentou a nova morada em uma série de vídeos curtos. Com pouco mais de 9 metros quadrados, os aposentos incluem camas beliches, chuveiro, vaso sanitário, cozinha equipada com frigobar, forno micro-ondas e cafeteira, e uma área de estar e de trabalho.

"Não é muito espaçoso, mas é confortável. E tem uma vista incrível", diz Dituri em um dos vídeos, apontando a câmera para um janelão de vidro, com vista para o fundo do mar.

Dituri com um pesquisador visitante no alojamento — Foto: CORTESIA DE JOSEPH DITURI, USF via BBC

O pesquisador chegou a comparar seu projeto a uma missão espacial, na qual exploradores também estão confinados e isolados. Ele conta que recebeu o apoio dos amigos e da família, incluindo a mãe, as três filhas e a namorada, ao embarcar na missão.

Apesar do confinamento na maior parte do tempo, Dituri poderá sair do alojamento quando quiser nadar e mergulhar, desde que se mantenha sempre completamente embaixo d'água.

A rotina vai incluir uma série de exercícios diários de resistência e alongamento, para evitar a atrofia dos músculos em um espaço tão pequeno. A falta de exposição ao sol será combatida com suplementos de vitamina D.

Dituri diz acreditar que a cura para muitas doenças pode ser encontrada em organismos presentes no oceano e ainda não descobertos. "Para descobrir, precisamos de mais pesquisadores", afirma.

"Tudo o que precisamos para sobreviver está neste planeta", ressalta Dituri. "Só é preciso procurar onde nunca procuramos antes."

- Este texto foi publicado em https://www.bbc.com/portuguese/articles/c0jlkg37v1go

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Magenta, a cor que oficialmente não existe e foi criada por nosso cérebro

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No espectro de luz visível, estão todas as cores que conseguimos perceber… com exceção de uma.
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Por BBC
04/03/2023 13h02 Atualizado há 3 dias
Postado em 07 de março de 2023 às 16h05m

 #.*Post. - N.\ 10.706*.#

No espectro de luz visível estão todas as cores que conseguimos perceber… com exceção de uma — Foto: BBC

Observe a imagem acima: ela ilustra a variedade de cores presentes no espectro da luz visível, que nossos olhos conseguem perceber.

Talvez você não tenha notado, mas há uma em particular que não aparece: o magenta.

Ele não está lá e nem no espectro da luz visível na natureza. Por que, então, nós o vemos?

Nossos cérebros são processadores de informação esponjosos que convertem os bilhões de eventos que acontecem ao nosso redor em sinais que podemos entender.

São sons, aromas, sabores, sensações… um desses elementos que estão ao nosso redor são os campos eletromagnéticos, formados por ondas que, a depender da frequência, podem produzir uma série de efeitos.

O espectro de luz visível é uma porção pequena do espectro eletromagnético — Foto: BBC

Algumas servem, por exemplo, para aquecer os alimentos no micro-ondas, outras nos mostram os ossos do corpo nos exames de raios-x, e há aquelas que fazem com que os programas de rádio viagem das estações de transmissão aos aparelhos dos ouvintes.

O corpo humano é capaz de perceber com os sentidos apenas uma pequena fração desses comprimentos de onda - grande parte através dos olhos, por meio do que se chama de luz visível.

Por que detectamos apenas uma faixa restrita do espectro de ondas eletromagnéticas é algo ainda em estudo.

Mas sabemos, por exemplo, é que as ondas com comprimento entre 400 e 700 nanômetros, ou o espectro de luz visível, são os únicos comprimentos de onda que viajam facilmente pela água. Esse intervalo é também a parção do espectro de ondas eletromagnéticas que o Sol mais emite.

Como nossos primeiros ancestrais viveram no mar e estavam expostos ao Sol, faz sentido termos evoluído para detectar os comprimentos de onda mais comuns e úteis no espectro.

Das ondas às cores

Nossos olhos detectam cores por meio de cones, células especializadas que se concentram na mácula, o centro da retina.

Existem três tipos de cones no olho humano:

• - Tipo L: sensível a comprimentos de onda longos
• - Tipo M: sensível a comprimentos de onda médios
• - Tipo S: sensível a comprimentos de onda curtos

Os cones S detectam os azuis; os M, os verdes; os Ls, os vermelhos. Mas vemos mais do que apenas vermelho, verde e azul. Isso porque as células cone dos olhos se sobrepõem nos comprimentos de onda que detectam, como ilustra o gráfico seguinte:

Observando a imagem, é possível perceber que, quando um raio de luz com um comprimento de onda de 570 nanômetros entra no olho, ele estimula os cones L e M. — Foto: BBC

Observando a imagem, é possível perceber que, quando um raio de luz com um comprimento de onda de 570 nanômetros entra no olho, ele estimula os cones L e M.

As respostas são combinadas e transformadas em uma mensagem elétrica que é enviada ao longo do nervo óptico para o cérebro como um único sinal. E é esse sinal que interpretamos como luz amarela.

Uma peculiaridade estranha desse sistema é que, quando dois feixes de luz cujos comprimentos de onda somam a mesma coisa - neste caso, 570 nanômetros - entram no olho ao mesmo tempo, o sinal que é enviado ao cérebro é o mesmo.

Esses dois raios de luz combinados também nos fazem ver o amarelo.

A tela do aparelho pelo qual você está vendo as imagens também funciona de acordo com a maneira como nosso cérebro percebe as cores. Se você olhar de perto, verá que as telas são compostas de pequenos grupos de luzes vermelhas, verdes e azuis - mas podem reproduzir todo o espectro.

Cada cor que percebemos pode ser gerada por meio desse caminho duplo: um único comprimento de onda de luz ou uma combinação de comprimentos de onda que estimulam nossos cones da mesma maneira.

Exceto uma.

O magenta tem uma paleta variada — Foto: BBC

O magenta

Oficialmente, o magenta não existe.

Não há comprimento de onda de luz para o magenta, o que significa que é o cérebro humano que cria essa cor. Mas como?

Nós o percebemos apenas quando os cones S e L captam um sinal de luz vermelho e azul puro.

Não sabemos ainda porque o cérebro o cria. O mecanismo pode ter sido, contudo, muito útil a nossos ancestrais primatas que viviam em florestas verdes.

Frutas e flores da cor magenta teriam maior contraste contra um fundo verde, e vê-las tornou mais fácil para nossos ancestrais encontrar alimentos.

Nosso cérebro faz todos esses tipos de saltos cognitivos estranhos o tempo todo. Você pode se surpreender com o quanto do mundo ao seu redor não é exatamente o que parece ser.

*Este texto foi adaptado do vídeo da BBC Reel "Magenta: A cor que não existe". Se quiser ver o conteúdo original, em inglês, clique aqui.

- Texto originalmente publicado em https://www.bbc.com/portuguese/articles/cj5yvyn80l0o

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