Precisamos falar sobre genômica (parte 2)

Continuando nossa conversa sobre genômica, ficam as perguntas: como fazer efetivamente os projetos genoma impactarem a vida das pessoas ? Qual o sentido de gastar tanto dinheiro, tempo e esforço?

Todos sabemos que o genoma é uma especie de manual de instruções da vida. Nele estão "todas" as informações que nos levam a ser o que somos (reparem nas aspas, pois existem fatores epigenéticos envolvidos e também somos bastante influenciados pelo ambiente que nos rodeia).

Nosso genoma nos define como espécie (humanos) porém também como indivíduos. Os projetos genomas iniciais foram feitos ou com base no genoma de uma única pessoa (no projeto privado, da Celera, foi sequenciado o genoma do Craig Venter) ou de um monte de indivíduos anônimos (no projeto público, foi coletado material biológico de várias pessoas, porém ninguém sabe de quais pessoas foi sequenciado, por questões éticas). Isso nos forneceu diversas informações preciosas a respeito do que nos define como espécie, e também o quanto somos parecidos com outros primatas e mesmo com outros mamíferos.

Genomas de eucariotos: em regiões codificantes, somos 99% iguais ao Chipanzé, mas aquele 1% ...

Fonte: http://docplayer.com.br/5877484-Evolucao-de-genes-e-genomas.html

Saber o que é igual ou similar é importante, mas não mais do que saber as diferenças. E digo não apenas entre nossa espécie e as outras, mas principalmente entre os indivíduos da nossa espécie. As diferenças entre pessoas podem ser pequenas frente ao tamanho total do genoma da espécie, mas nos fazem totalmente diferentes. Onde está o pulo do gato?? Está, por exemplo, nos polimorfismos, principalmente os de base única (da sigla em inglês, SNPs).

Esse nome difícil é apenas para fazer parecer que somos inteligentes  um apelido para mutações ou diferenças pontuais (muitas vezes de uma única base ou "letrinha") e que mudam a função do gene completamente. Assim nasceram os X-MAN.

Polimorfismos de base única, conhecidos pela sigla em Inglês SNP.

Fonte:  https://www.emaze.com/@AORTFFOQ/SEQUENCE-HOMOLOGY-AND-SNP-DETECTION-IN-ABIOTIC-STRESS.pptx

Com os primeiros rascunhos de genoma não era possível descobrir essas diferenças pontuais entre indivíduos, porém com o avanço da tecnologia, o custo de sequenciar um genoma individual diminuiu da ordem de bilhões de dólares para milhares, e estamos caminhando para um cenário onde com apenas centenas de dólares será possível obter um genoma de boa qualidade para um indivíduo.

O projeto "1000 genomes" deu um passo importante nesse sentido, iniciando um estudo em escala populacional que se propôs a sequenciar e analisar 1000 genomas humanos, como o nome sugere, mas que já passou da casa dos 2 milhares.

Mapa do projeto "1000 genomes", mostrando a origem dos indivíduos que forneceram material para o estudo

Com esses estudos, podemos descobrir por exemplo, mutações pontuais que possam explicar porque determinada população é mais propensa a desenvolver certas doenças, como por exemplo, diversos tipos de câncer ou doenças auto-imunes. Isso nos fornece informação vital da origem genética dessas desordens, assim como possíveis alvos terapêuticos.

Com o passar do tempo e com o acúmulo de dados de numa escala maior, na ordem de milhões de pessoas, o grande desafio se tornará computacional. Comparar o genoma completo de indivíduos se tornará rotina e uma nova medicina surgirá, com nome de Medicina Personalizada. Será mais fácil saber quais medicamentos cada individuo pode utilizar, e quais ele não deve. O mesmo vale para a nutrição. Cada individuo tem seu metabolismo peculiar, não ha razão para acreditar que o mesmo tipo de alimento e de remédio beneficiaria todos os indivíduos da mesma forma. 

A pergunta é: em quanto tempo isso se tornará realidade? Isso será acessível para todos os "mortais"? Quem viver, verá !

Até a próxima !

Precisamos falar sobre genômica (parte 1).

O público em geral está acostumado com o termo "clássico" genética. Porém o termo genômica é menos popular.
A grosso modo, genômica pode ser definida como a ciência que estudas os genomas (sério ??). Enquanto a genética se limita a estudar os genes individualmente. 

Mas o que seriam genomas? Nada mais do que o conjunto de genes que definem um organismo.

Ok, mas o que é um gene?  Bom, isso é mais uma coisa difícil de definir em biologia. 

Antes de defini-lo, vamos lembrar um pouco de Biologia Molecular.

No ano de 1958, um cara muito esperto chamado Francis Crick propôs o dogma central da biologia molecular.   A imagem abaixo ilustra o tal dogma:

Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Central_dogma_of_molecular_biology

Segundo o dogma, DNA sempre seria transcrito para RNA e traduzido para uma sequência de proteína. O conceito mais clássico de gene dizia que um gene era um segmento de DNA que é responsável por codificar uma proteína.

Porém, dogmas não cabem em ciências, então os retrovírus estão aí para quebrar esse dogma. Nesses vírus, a molécula que armazena a informação genética é na verdade RNA, que eventualmente é traduzido reversamente para DNA por uma enzima trasncriptase reversa. Um esquema desse "dogma estendido" pode ser visto abaixo:

Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Central_dogma_of_molecular_biology

Com o passar do tempo, o conceito de gene foi sendo modificado por diversos autores de acordo com novas descobertas, como genes reguladores, promotores, etc. Esses genes não carregam informação genética clássica, ou seja, não codificam proteínas, mas são responsáveis por regular ou promover atividade de genes codificantes. 

Trocando em miúdos, a genômica se propõe a estudar todos os genes (codificantes ou não) de um determinado organismo. 

Para isso o primeiro passo é o sequenciamento de todo do DNA de um determinado organismo. Hoje todos sabemos que este sequenciamento é apenas o primeiro passo mas por muitos anos nas décadas passadas, o sequenciamento de DNA foi vendido como a solução para todos os problemas do mundo. Foram gastos bilhões de dólares em reagentes, equipamentos e mão de obra durante a era da genômica, que culminou com o projeto genoma humano. Esse projeto começou em 1990 

e inicialmente era liderado pelos institutos de saúde dos EUA (NIH), porém em 1998 a iniciativa privada entrou na corrida, através da CELERA comandada pelo polemico Craig Venter (que havia trabalhado no projeto publico no NIH no começo dos anos 1990). 

A entrada de uma empresa privada na corrida acelerou o processo e levantou um debate ético sobre questões de propriedade da informação genética (por exemplo, a preocupação era de que informações fossem mantidas sob sigilo e vendidas para empresas farmacêuticas explorarem novos alvos para medicamentos). Além do mais, a CELERA desenvolveu uma estrategia mais rápida para o sequenciamento, chamada whole genome “shotgun” sequencing. 

No fim, as duas iniciativas entraram num acordo e publicaram em fevereiro de 2001 ao mesmo tempo o primeiro rascunho do genoma nas duas mais importantes revistas cientificas que existem, a Nature e a Science. Em 2003 e 2005, versões mais completas e com menos erros foram publicadas.

Fonte:http://biobunch.blogspot.de/2013/11/cafe-scientifique-lincoln-1-dr-rajiv.html

O Brasil também entrou na corrida genômica, e com um investimento pesado da FAPESP, o primeiro projeto genoma tupiniquim foi sequenciado, o da praga agrícola Xylella fastidiosa (conhecida como amarelinho). O projeto custou uma fortuna, mas rendeu uma publicação na Nature (e colocou o Brasil no mapa dos genomas e da bioinformática).

Da bioinformática ? Sim ... sequenciar o genoma é apenas o primeiro passo. Toda a informação biológica retirada de um genoma é realizada através de bioinformática. O sequenciamento automático de DNA gera como resultado arquivos que basicamente são sopas de letrinhas. O primeiro problema é montar essas letras na ordem correta.

Como limitação da técnica de sequenciamento, só é possível sequenciar pequenos trechos de DNA por vez (pode variar de 50 pares de base em sequenciadores como Solid até alguns milhares de pares base, em sequenciadores de terceira geração como o PacBio.

Sequenciador PacBio RS II

Para se ter ideia dá escala, o genoma humano possui cerca de 3 bilhões de pares de base. Montar esses pedaços na ordem correta para obter a sequencia de cada cromossomo é um dos maiores desafios da bioinformática.

Tamanho de genomas em pares de base dos diferentes organismos. Fonte: http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-18/CB18.html

Para quem quiser se aprofundar mais no assunto, sugiro essa apresentação em PPT muito boa que encontrei quando preparava uma aula sobre o assunto. 

Após a fase de montagem do quebra-cabeça genômico, precisamos identificar a localização dos genes (em qual cromossomo e em qual região se encontram) e suas  respectivas funções biológicas. Essa etapa é denominada "anotação funcional" do genoma. 

Sequenciamento e montagem de genomas (fonte: http://www.discoveryandinnovation.com/BIOL202/notes/images/shotgun_genome1.jpg)

O problema é que nem sempre é possível determinar a função dos genes, muitos deles permanecendo com função desconhecida até hoje. Muitas vezes nem é mesmo possivel ter certeza se determinado segmento de DNA é codificante, regulador ou não tem função alguma (fazendo parte de um controverso "deserto gênico", ou "DNA lixo").

Ou seja, a falsa promessa de que projetos genomas resolveriam todos os problemas de saúde da humanidade, permanece pelo menos até hoje, uma realidade bem distante.  

Na segunda parte desse texto falarei um pouco sobre a era pós-genômica e as aplicações práticas de tudo isso.

Até a próxima ! 

Precisamos falar sobre bioinformática!

WAT? Biooque?  Bioinformática!

Nesse segundo post vou falar da minha área de atuação, porque (sim) muita gente não faz a menor ideia do que se trata  (Spoiler: bioinformática não é criar software antivírus).

Não, eu não trabalho no AVAST!

De uns tempos para cá, parte da mídia tem “acordado” para essa obscura área e até mesmo o “Estadão” publicou uma matéria a respeito, chamando-a de profissão do futuro: 

http://educacao.estadao.com.br/noticias/geral,bioinformatica-transforma-dados-em-conhecimento,1716455

O Blog Universo Racionalista também publicou a respeito: http://www.universoracionalista.org/bioinformatica-filha-prodiga/ 

O problema é que esse futuro já chegou e muita gente, inclusive muitos cientistas, ainda não entendeu essa nova realidade. Já passamos da era da genômica e estamos na era pós-genômica (falarei disso em outros posts).

Encontrar uma definição clássica para o termo bioinformática já é o primeiro desafio. Para tentar simplificar vamos considerar que bioinformática é a ciência onde ferramentas computacionais são utilizadas (e desenvolvidas) para solucionar problemas biológicos.

                                                                   Sopa de letrinhas ?

Como exemplos desses problemas, podemos citar: análises de sequencias de DNA, RNA e proteína, estruturas tridimensionais de macromoléculas, interações celulares em determinado tecido ou ambiente, vias e redes metabólicas, e por aí em diante. São problemas bastante complexos e sem a ajuda de computação seriamos incapazes de resolver em tempo hábil. 

Em geral, a bioinformática lida com resultados de experimentos que são transformados em dados digitais. Um exemplo são os sequenciadores de DNA, aparelhos que descobrem a sequência em que bases nitrogenadas (lembram do A, C, G e T?) estão encadeadas para formar os genes e genomas. 

                                                                  Sequencias de DNA 

Esses aparelhos estão cada vez mais baratos, menores e mais rápidos, gerando um grande acumulo de dados a serem analisados e interpretados (por cientistas treinados). 

Sequenciador de DNA NanoPore minION: 

pouco maior que um pendrive

Um dos grandes desafios dessa área é justamente a escassez de recursos humanos. A raiz desse problema está na natureza inter e multi-disciplinar desse campo cientifico. Ao conciliar ciências exatas (matemática, estatística, engenharia, ciência da computação, física) com áreas biológicas (Biologia, Biomedicina, Farmácia, Medicina, Microbiologia, etc) estamos tentando basicamente misturar água e óleo. Simplesmente porque Biologia não é exata, não obedece a lógica binaria da computação e, portanto, é difícil para pessoas de uma área entenderem a outra e vice-versa.

Existem poucos cursos de graduação e de pós-graduação e todos eles enfrentam enormes desafios na escolha de disciplinas a serem ministradas e do melhor modelo a ser aplicado no ensino. 

Cito aqui a pós-graduação da UFMG (http://www.pgbioinfo.icb.ufmg.br/), Fiocruz (http://pgbcs.ioc.fiocruz.br/) e da UFPR (http://www.bioinfo.ufpr.br/).

Mas afinal, o que é necessário aprender para se tornar um bioinformata? Claro que isso vai depender da sub-área que você pretende atuar, mas em geral as disciplinas são: algoritmos e programação, bancos de dados, biologia molecular, bioquímica, estatística, data mining, dentre outras varias possibilidades. 

Nos próximos posts começarei a falar especificamente sobre algumas possíveis áreas de atuação dentro de bioinformática, a começar pela genômica. 

Até a próxima !

Oi pessoal,

antes de mais nada, gostaria de falar um pouco sobre a motivação para criar essa pagina, e quais os objetivos que pretendo alcançar com a mesma (isso ficou meio “relatório”, mas prometo tentar utilizar a linguagem mais simples possível).

Primeiro, eu tenho “gasto” bastante tempo pensando a respeito da importância da divulgação cientifica para leigos, e tenho visto muitos projetos interessantes principalmente no Facebook, como climatografia geográfica, universo racionalista, dentre outros. 

Tenho tido muitas conversas com colegas, que também tem interesse, e alguns também tem alguns blogs os quais vou citar mais para frente.

Olhando essas páginas e seus milhões de seguidores, eu percebi que as pessoas de modo geral têm interesse em ciência, mas por algum motivo as informações cientificas não chegam (ou não chegavam) até elas. 

Alguns acontecimentos me chamaram a atenção para esse fato, como por exemplo a histeria coletiva que tomou as redes sociais envolvendo a polemica sobre o uso de animais em pesquisa em 2013. Na ocasião, uma ativista e sua trupe invadiram um laboratório de pesquisas farmacológicas para resgatar Beagles, que estavam sendo utilizados em pesquisas e supostamente sendo maltratados (falarei a respeito desse assunto polêmico um dia, quem sabe, em outro post). Abaixo um vídeo interessante postado pelo Pirula a respeito do episodio: 

Outro acontecimento, mais recente, foi a epidemia de Zika Vírus e a possível (e provável) relação com o aumento da incidência de microcefalia no Brasil. 

Em ambos os casos, perdi algum tempo tentando argumentar que não se deve propagar informações e boatos sem conferir se as fontes são confiáveis, tentando mostrar o outro lado de cada informação, porém muitas vezes sem muito sucesso. Não sou senhor da verdade, e nenhum cientista jamais será. E minha intenção não era dizer a essas pessoas que eu estava certo, e sim, que as informações por elas compartilhadas eram facilmente desmentidas com um mínimo de rigor cientifico. 

Mas quais são os reais motivos para que a ciência e a população de modo geral estejam tão distantes? 

A resposta mais óbvia seria: educação!!! Claro, colégios ruins, professores desatualizados, mal pagos e desestimulados tem sua cota de “culpa” na situação. Temos uma população com alto índice de analfabetismo funcional, não poderíamos esperar que não fossemos uma nação de analfabetos científicos (sim, temos que evitar tapar o sol com a peneira).

Mas seria apenas isso?

Na minha opinião: não!!

Os cientistas (me incluindo nessa lista) tem culpa. Precisamos falar mais com o público. Precisamos mostrar o que fazemos, como fazemos ... acabar com estereótipos. 

Colocar toda a culpa no despreparo da imprensa (sim, a imprensa que cobre ciência em geral não está preparada e mais cursos de especialização no pais deveriam existir – só tenho conhecimento do curso da Fiocruz) não é intelectualmente honesto.

Vivemos em um mundo fechado. Dentro de laboratórios, universidades e institutos de pesquisa. Discutimos ciência exaustivamente com nossos pares, mas temos enorme preguiça de falar o assunto da nossa tese para os primos de outras áreas que sempre nos perguntam nas festinhas da família. 

Quais as consequências disso? A sociedade, que em geral é que financia nossas pesquisas, recebe os produtos da ciência, mas não conhece os métodos. 

Continuam imaginando o cientista como o louco do jaleco branco de cabelo desgrenhado (Ok, a parte do cabelo no meu caso é bem verdadeira) que maltrata animais de maneira perversa. Ou como aqueles que querem ficar ricos vendendo remédios que não curam (já temos a cura do câncer e da Aids, mas tratar gera mais lucro que curar, segundo algumas teorias conspiratórias).

A verdade é que mesmo com melhor educação, melhores colégios, sem a presença do cientista se comunicando de maneira adequada com a população, sempre haverá uma grande lacuna entre o conhecimento gerado numa ponta e o adquirido na outra. Livros didáticos demoram a serem atualizados. Professores não tem tempo de ler artigos de cada área para saber o que de novo está acontecendo em cada ciência. 

Então, resumindo esse post, precisamos falar sobre ciência!!!