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 seqüenciar e mapear todos os genes dos seres humanos, que no seu conjunto é conhecido como genoma. Integrado ao HGP, esforços semelhantes vêm sendo empregados para a caracterização de genomas de vários outros organismos, uma vez que a maioria dos organismos vivos apresenta muitos genes que são similares ou homólogos, ou seja, com funções semelhantes. A identificação das seqüências e das funções dos genes destes organismos se traduz no potencial para explicar a homologia dos genes nos seres humanos, portanto podendo ser usados como modelo animal na pesquisa biomédica.
O material hereditário (genoma) de todos os organismos multi-celulares é a molécula dupla hélice de ácido desoxirribonucléico (DNA – deoxiribonucleic acid), que contém todos os nossos genes.
O HGP, iniciado formalmente em 1990 e projetado para durar 15 anos, tinha como principais objetivos: determinar a ordem, ou seqüência, de todas as bases do nosso DNA genômico; identificar e mapear os genes de todos os 23 pares de cromossomos humanos; armazenar essa informação em bancos de dados, desenvolver ferramentas eficientes para analisar esses dados e desenvolver meios de usar esta informação para estudo da biologia e da medicina.
O HGP começou como uma iniciativa do setor público, tendo a liderança de James Watson, na época chefe dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (NIH). Numerosas escolas, universidades e laboratórios participam do projeto, usando recursos do NIH e Departamento de Energia Norte-americano (DOE).
Basicamente, 18 países iniciaram programas de pesquisas sobre o genoma humano. Os maiores programas desenvolvem-se na Alemanha, Austrália, Brasil, Canadá, China, Coréia, Dinamarca, Estados Unidos, França, Holanda, Israel, Itália, Japão, México, Reino Unido, Rússia, Suécia e União Européia.
Com a entrada da iniciativa privada no Projeto Genoma, dando preferência a uma abordagem dirigida apenas aos genes que apresentam interesse para a cura de doenças, o setor público passou a rever seu cronograma e o processo de seqüenciamento foi acelerado. Em fevereiro de 2001, simultaneamente ao anúncio da empresa norte-americana Celera, o PGH anunciou o primeiro esboço contendo a seqüência de 3 bilhões de pares de bases, cerca de 90% quase completos do código genético humano. O número de genes existentes, segundo os cálculos de ambas as equipes de pesquisadores, são pouco mais que 30 mil, significativamente menor do que inicialmente se pensava (50 a 140 mil genes). Os resultados foram publicados em duas revistas diferentes. A revista inglesa Nature publicou o trabalho dos pesquisadores do PGH, liderados por Francis Collins, atual diretor do NHGRI(National Human Genome Research Institute), e a norte-americana Science, o trabalho dos pesquisadores da Celera, liderados pelo cientista Craig Venter. Com previsão para terminar em 2003, dois anos antes do que inicialmente se pensava, Francis Collins chamou a publicação da seqüência quase completa do genoma humano em 2001 como “the end of the beginning” . E explicou em recente artigo do NHGRI: “ A compreensão crítica da expressão gênica, a conexão entre as variações de seqüência e o fenótipo, as interações proteína-proteína em grande escala e a análise global da biologia humana poderão acontecer agora ... Para mim, como médico, o verdadeiro resultado do HGP será a possibilidade de melhorar o diagnóstico, tratamento e prevenção das doenças e a maioria dos benefícios que ainda estão por acontecer para a humanidade. Com esta imensa variedade de dados de seqüências nas mãos, nós estamos aptos para alcançar aqueles propósitos que jamais poderíamos imaginar há alguns anos.” (Francis S. Collins. Genomics: the coming revolution in medicine.pdf; From Global Agenda, the magazine of the World Economic Forum Annual Meeting 2003).
A Célula: menor parte do organismo vivo capaz de desenvolver, de forma autônoma, as funções básicas de reprodução e crescimento.
A célula se divide em dois compartimentos básicos: citoplasma e núcleo.
O núcleo é chamado de sede de decisões da célula, isto é, ele controla todas as suas atividades: o que deve ser produzido, em que quantidade e em que momento, quando e em que momento deve se dividir.
Fonte: MolBiolCell, 2002
O núcleo é envolvido por dupla membrana, com quatro camadas de fosfolipídeos. Ele também tem largos poros através dos quais ocorrem os transportes de materiais para dentro e para fora do mesmo.
Dentro do núcleo são encontradas a cromatina e o nucléolo.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994
O nucléolo é um nó de cromatina. É no nucléolo que são produzidos os ribossomos.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994
A cromatina é o DNA em sua forma ativa.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994
A cromatina é composta de DNA. Ela consiste de DNA enrolado em volta de proteínas chamadas histonas.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994
DNA de uma célula humana apresenta um comprimento de quase dois metros. Para facilitar a organização do DNA dentro do núcleo celular, o mesmo é dividido em elementos chamados cromossomos.
Por outro lado, quando as células se dividem, o DNA nos cromossomos se condensa em níveis maiores.
Fonte: MolBiolCell, 2003
Cada cromossomo é formado por uma única molécula de DNA dupla hélice enrolada nas histonas, o nucleossomo. Esta fibra torna a enrolar-se em um segundo nível de compactação, conhecido como solenóide.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994
As células mantém, na maior parte do tempo, o DNA compactado nas alças dos selenóides ligadas ao esqueleto cromossômico.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994
Entretanto, o nível de compactação não é estável e nem o mesmo ao longo dos cromossomos. Quando um gene é ativado, o DNA se desenrola para permitir a sua transcrição em RNA.
Fonte: Molecular Biology of the Cell, Garland Pub., N.Y., Third Edition, 1994.
Portanto, a compactação do DNA é uma das formas de controle da expressão de um gene.
SEQÜENCIAMENTO DO GENOMA HUMANO
Estratégias para o seqüenciamento do genoma humano:
- Estratégia Clone-by-clone (consórcio publico):
Generação de marcadores nos cromossomos humanos:- RHM (radiation hybrid mapping).
- RFLP (restriction fragment length polymorphisms).
- VNTR (variable number tandem repeats)/minisatélites.
Altamente polimórficas, aparecem geralmente nas extremidades dos cromossomos. - STS (sequence tagged sites)/PCR-based. Sensível, mas não é útil em análise de ligação genética.
- Microsatélites/STS, polimórficos, repeticões de 2-4 pb.
- ESTs (expressed sequence tags).
- Estratégia de Shotgun (Celera).
Mapeamento Com Marcadores Moleculares
A estratégia de mapeamento é feita usando grandes insertos em bactérias ou leveduras. Os Clones são selecionados usando marcadores de DNA conhecidos no cromossomo. |  |
Os Clones são organizados por seu conteúdo de DNA e os "gaps" são preenchidos por "walking"
Mapeamento do Gene:
 |  | MET-ATCCCGATCCG-D7S8 |
Caminhando e saltando no DNA:
 |  |
Baseado em software de predição e identificação de seqüências associadas a start/stop códons as regiões codificantes são localizados
As similaridades de seqüências são procuradas em Bancos de Dados
Os membros de uma família de gene são procurados em Bancos de Dados
Ferramentas de anotação e fluxo de dados
Finalização da seqüência:
Seqüência de cDNA
seqüência de aminoácidos função da proteína...TCCAAAGATATAGCAATTTT GGATGACCTTCTGCCTCTTAC CATATTTGACTTCATCCAGTT GTTATTAATTGTGATTGGAGC TATAGCA... ...rLysAspIleAlaIleLeuAspAspLeu LeuProLeuThrIlePheAspPheIleGln LeuLeuLeuIleValIleGlyAlaIleAla... |
Gene
Proteína Função
Giselda MK Cabello, MSc. Responsável pelo Projeto Fibrose Cística Laboratório de Genética Humana Departamento de Genética/IOC/FIOCRUZgkalil@ioc.fiocruz.br Links Mutações - Kimball's Biology Pages  Mitomap - Human Mitochondrial Genome Database LANL - Los Alamos National Laboratory (Center for Human Genome Studies) GENLINK - A Human Genetics Resource GDB - The Genome Database GeneCards - Human Genes Database SANBI - South African National Bioinformatics Institute NCBI/UNIGENE - UniGene Human Sequences Collection ORNL - Human Chromosomes IXDB - The Integrated X Chromosome |