Evolução das tecnologias de sequenciamento molecular

Evolução das tecnologias de sequenciamento molecular

Desde o desenvolvimento da tecnologia de sequenciamento de Sanger, em 1977, a evolução do Sequenciamento de Nova Geração (NGS) já atingiu sua quarta geração. Saiba mais sobre as quatro gerações de sequenciamento usadas hoje.

Sequenciamento de Sanger: o pioneiro

O método Sanger de sequenciamento de DNA foi a primeira tecnologia que permitiu a leitura de sequências do genoma de uma forma sistemática: conhecendo um trecho curto próximo da região de interesse é possível utilizar uma sequência de ácido nucleico complementar a esse trecho (um primer) e estender o fragmento para criar cópias da região que se quer conhecer.

O Sequenciamento de Sanger é a primeira geração de sequenciamento de DNA.

A metodologia de sequenciamento desenvolvida por Sanger usa o método de terminação de cadeia para identificar a ordem em que os fragmentos são inseridos na sequência estudada. Nesse método, são adicionadas na reação algumas bases nitrogenadas (Adenina, Timina, Citosina e Guanina) modificadas para não permitirem a inserção de outras bases depois delas, terminando a cadeia. Cada tipo de base é marcada com um fluoróforo de cor diferente que é reconhecido por um detector no sequenciador.

Depois da reação de extensão, os fragmentos são separados por tamanho em uma eletroforese e as bases finais de cada fragmento são identificadas pela cor de seu fluoróforo. Dessa forma é possível recriar a sequência de interesse original e identificar variações dentro dela.

Imagem ilustrativa do funcionamento da tecnologia sanger de sequenciamento

Sequenciamento Sanger. Os fragmentos sequenciados são identificados por tamanho e pela fluorescência emitida pela última base adicionada. Dessa forma é possível determinar a sequência de nucleotídeos da região de interesse.

O método Sanger foi desenvolvido em 1977 e é utilizado até hoje em diferentes áreas da genética. Na época em que foi desenvolvida, essa tecnologia permitiu o início de diversos projetos de estudo de genomas de diferentes espécies, incluindo o Projeto Genoma Humano, que se propôs a sequenciar o genoma humano pela primeira vez.

Hoje, com o avanço das tecnologias de Sequenciamento de Nova Geração (NGS), o sequenciamento de Sanger tem um uso mais limitado, já que o custo-benefício dessa tecnologia para analisar várias amostras simultaneamente é baixo. No entanto, ele ainda é usado para o sequenciamento de regiões mais complexas do DNA, como o gene CYP21A2, causador da Hiperplasia Adrenal Congênita (CAH).

Saiba mais sobre as contribuições do sequenciamento Sanger para a medicina contemporânea.

Sequenciamento de nova geração (NGS)

A corrida para finalizar o Projeto Genoma Humano impulsionou o desenvolvimento das tecnologias de Sequenciamento de Nova Geração (NGS, do inglês Next Generation Sequencing). O surgimento dessas tecnologias reduziu o tempo e, principalmente, o custo do sequenciamento: o projeto foi terminado anos antes do previsto e o custo final de um genoma caiu de cerca de 100 milhões de dólares, em 1991, para cerca de 50 milhões, em 2003.

Gráfico mostrando a redução do custo do sequenciamento do genoma humano: de 100 milhões de dólares em 2001 para cerca de mil dólares em 2021

Com as tecnologias NGS disponíveis hoje, é possível sequenciar um genoma humano completo em cerca de 24h por menos de mil dólares.

As tecnologias NGS também são conhecidas como sequenciamento massivo em paralelo. Esse nome indica qual é a grande vantagem dessas tecnologias: permitem sequenciar bilhões de fragmentos de DNA (sequenciamento massivo) simultaneamente (em paralelo). Além disso, a tecnologia permite analisar várias amostras em um mesmo ensaio (multiplex).

Desde o surgimento das primeiras tecnologias NGS, hoje denominadas de segunda geração, já foram desenvolvidos sequenciadores de terceira e quarta geração. De forma geral, essas tecnologias focam no sequenciamento de DNA, sendo que RNA (RNA-Seq) e proteínas podem ser analisados de forma indireta (DNA complementar).

Sequenciamento de Segunda Geração

A maioria das tecnologias de Sequenciamento de Segunda Geração utilizam a metodologia de sequenciamento por síntese. A grande diferença entre elas costuma estar no preparo das bibliotecas, método de detecção e, consequentemente, na qualidade das leituras produzidas.

Sequenciamento baseado em amplicon

As primeiras tecnologias NGS precisavam enriquecer as suas amostras com várias cópias dos fragmentos de interesse, e para isso usavam reação em cadeia da polimerase (PCR, do inglês Polymerase Chain Reaction). Assim, eram criadas milhares de cópias (amplicons) de cada fragmento original.

Ter um volume grande de cópias é vantajoso pois, quanto mais cópias são lidas durante o sequenciamento, maior a certeza de que a sequência lida está correta, minimizando erros de leitura. Porém, o uso de amplicons traz pelo menos três grandes desvantagens:

  1. Se um erro for inserido durante a PCR, ele será replicado e lido com alta cobertura (muitas reads).
  2. Se houver uma mutação na região onde se ligam os primers da PCR, é possível que esses fragmentos não sejam amplificados, gerando uma exclusão alélica (ou dropout, em inglês).
  3. Diferentes primers têm diferentes temperaturas ótimas de ligação com o DNA, por isso a cobertura nesse tipo de tecnologia não é uniforme ao longo de todas as regiões analisadas.

Devido a essas desvantagens, hoje o enriquecimento por amplicons está caindo em desuso. 

imagem comparativa das metodologias de sequenciamento baseadas em amplicom e em hibridização e captura

O sequenciamento baseado em amplicon resulta em uma cobertura pouco uniforme e perdas de variantes por dropout, como mostrado à esquerda. O sequenciamento baseado em hibridização e captura leva à uma cobertura mais homogênea das regiões de interesse e mais acurácia (à direita).

Sequenciamento por hibridização e captura (PCR-free)

Uma alternativa aos amplicons é o enriquecimento por hibridização e captura, que não requer a etapa de PCR (PCR-free).

Nessa tecnologia, as moléculas de DNA são fragmentadas em regiões e tamanhos diferentes, criando segmentos curtos que se sobrepõem nas suas extremidades. Os fragmentos de interesse são capturados por sondas, enriquecendo a amostra somente com as regiões de interesse. Dessa forma, uma mesma base pode ser lida várias vezes em fragmentos diferentes, aumentando a cobertura de uma forma uniforme e sem erros inseridos por PCR.

A taxa de erros de leitura nessa tecnologia é menor que a baseada em amplicons e, por isso, é a melhor escolha para uso diagnóstico. A Mendelics utiliza sequenciamento Illumina baseado em hibridização e captura, o mais recomendado para a área médica atualmente.

Saiba mais sobre as diferenças entre as tecnologias baseadas em amplicons e em hibridização e captura (NGS Targeted Sequencing).

Sequenciamento Illumina: sequencing by synthesis

A tecnologia Illumina de sequenciamento, também conhecida como sequenciamento por síntese (do inglês sequencing by synthesis), é a que apresenta o melhor custo-benefício atualmente: curto tempo de leitura, baixa taxa de erro e altamente escalável, possibilitando a análise de até 798 amostras simultaneamente com o sequenciador NovaSeq 6000.

Nessa tecnologia, durante o sequenciamento, é criada uma cópia de cada fragmento de interesse onde as bases adicionadas emitem um sinal de fluorescência que é detectado pelo sequenciador, que em seguida traduz esses sinais em sequências de texto.

A Illumina já oferece sequenciamento direto de RNA, sem a necessidade de síntese de DNA complementar.

Outras tecnologias de sequenciamento de segunda geração

O sequenciamento Illumina, apesar de ser o mais comumente usado tanto na pesquisa quanto na prática clinica, não é a única tecnologia de sequenciamento de segunda geração disponível.

De uma forma geral o processo é muito semelhante para todas as tecnologias: o DNA é fragmentado em pequenos trechos de, em média, 150 a 300 pares de base, sequenciado e depois remontado como um quebra-cabeça. A grande diferença está na forma como as sequências são lidas.

Hoje existem tecnologias que transcrevem os fragmentos de DNA sequenciados a partir de sinais químicos e eletroquímicos, como é o caso da tecnologia Ion Torrent que mede a variação de pH no sistema quando as bases nitrogenadas são adicionadas, por exemplo.

Long reads: sequenciamento de terceira geração

Como descrito anteriormente, as tecnologias de sequenciamento de segunda geração produzem fragmentos curtos. Apesar de trazer mais agilidade e, consequentemente, um ótimo custo-benefício, o uso de fragmentos curtos dificulta a análise de regiões complexas, como regiões altamente repetitivas, por exemplo.

O Projeto Genoma Humano foi finalizado em 2003 tendo sequenciado cerca de 92% do genoma humano. Os 8% restantes são regiões complexas que não puderam ser elucidadas com as tecnologias de sequenciamento de primeira e segunda geração existentes na época.

Imagine um grande quebra-cabeça em que a imagem é composta de muitos padrões repetitivos. Agora imagine que existem duas versões dele: uma com milhares de peças pequenas, e outra com algumas centenas de peças bem grandes. Qual dessas versões será mais fácil de montar?

imagem ilustrando dois quebra cabeças com a mesma imagem porém com peças de tamanhos diferentes

Os sequenciadores de terceira geração resolvem exatamente esse problema: eles conseguem ler fragmentos muito longos do DNA em uma única sequência e facilitam a montagem do genoma.

Essas tecnologias ainda estão sendo aperfeiçoadas para a redução das taxas de erro e, por isso, são menos usadas na prática médica, mas já são amplamente utilizadas no sequenciamento de novo de organismos que ainda não foram mapeados e em análises metagenômicas.

Sequenciamento Nanopore

A tecnologia Nanopore de sequenciamento de long reads está se tornando popular por ser muito ágil. Antes da Nanopore, as tecnologias de sequenciamento de sequências longas eram bastante custosas e demoradas.

A missão da Nanopore é possibilitar que “qualquer pessoa analise qualquer coisa em qualquer lugar” (do inglês analysis of anything, by anyone, anywhere), por isso eles oferecem equipamentos pequenos e portáteis que trabalham com preparo de amostras muito simples e rápido. Outro diferencial é que a análise dos dados do sequenciamento pode ser feita em tempo real, agilizando ainda mais os ensaios.

A Nanopore foi pioneira no sequenciamento direto de RNA (sem a necessidade de síntese de DNA complementar).

Para isso a Nanopore usa um sistema de nanoporos proteicos sintéticos em uma membrana que é capaz de medir variações de corrente elétrica. Conforme as bases da fita de DNA passam pelo nanoporo, elas alteram a corrente e essa alteração é interpretada pelo detector, que registra a base lida.

imagem ilustrativa do funcionamento da tecnologia nanopore de sequenciamento

Quanto ao tamanho dos fragmentos, a Nanopore já registrou leituras de sequências com mais de 4Gb de comprimento. Hoje a tecnologia já subdivide seus produtos em sequenciamento de sequências longas (long reads – até 100 Kb) e ultra longas (ultra-long reads – mais de 100 Kb).

A tecnologia Nanopore foi utilizada no projeto que elucidou os 8% de regiões do DNA que ainda eram desconhecidos, permitindo que o genoma humano fosse sequenciado realmente por completo pela primeira vez em 2020. Saiba mais sobre o sequenciamento completo do genoma humano.

Alguns autores classificam a tecnologia Nanopore como sendo a primeira da quarta geração por permitir sequenciamento multiplex de long reads com leitura de molécula única sem a necessidade de síntese. Nesse post, seguimos a linha que considera tecnologias de long read como de terceira geração, independente do método de leitura.

Sequenciamento PacBio (SMRT)

Outra tecnologia bastante conhecida é o sequenciamento de molécula em tempo real (SMRT, do inglês Single Molecule, Real-Time Sequencing) utilizada pela PacBio. Essa tecnologia utiliza um sistema semelhante ao sequenciamento por síntese da Illumina: a detecção é feita por sinal luminoso (fluorescência) mas o sequenciamento das fitas longas de DNA é feito com cada fita isolada em um minúsculo poço na placa de sequenciamento.

A tecnologia PacBio ainda é muito utilizada para o sequenciamento de novo de organismos com genomas desconhecidos.

Sequenciamento de quarta geração: in situ sequencing

A quarta geração de sequenciamento, apesar de ainda estar em desenvolvimento e ser usada majoritariamente na pesquisa acadêmica, é uma grande aposta para a área médica, tanto para a caracterização de doenças quanto para desenvolvimento de novos tratamentos.

Essa geração, também conhecida como sequenciamento in situ ou espacial, visa mapear a localização e entender o comportamento de moléculas como proteínas e RNAs dentro da célula. Para isso, as tecnologias de quarta geração unem o sequenciamento paralelo massivo típico de tecnologias de segunda e terceira geração com detecção visual em nível celular.

imagem ilustrativa do sequenciamento in situ: à esquerda estão as células fixadas e à direita um recorte das sequências sendo lidas

As gerações anteriores não são capazes de prover informações sobre a localização das moléculas em uma célula, pois os ensaios são feitos com DNA, RNA ou proteínas extraídos de várias células e misturados em uma única solução.

Atualmente, a transcriptômica e a proteômica são as duas principais áreas desenvolvendo essas tecnologias:

  • A análise de expressão gênica com sequenciamento de quarta geração não só dosa a expressão gênica de um determinado tipo de célula, como é capaz de identificar a localização de cada RNA dentro da célula, contribuindo com o estudo da função dessas moléculas e da célula.
  • A caracterização de complexos proteicos e sua função na célula também ganha com o uso da quarta geração de sequenciamento: marcando cada proteína com um barcode (etiqueta molecular) é possível identificar complexos proteicos, uma vez que eles serão sequenciados num mesmo cluster na placa de sequenciamento (flow cell).

O sequenciamento de quarta geração também permite identificação de variantes mas, para isso, demanda uma cobertura bastante alta, o que pode aumentar o custo e tempo da análise.

Esse tipo de tecnologia poderá auxiliar na compreensão da progressão de tumores e doenças degenerativas, como a doença de Alzheimer, além de ser uma boa ferramenta para estudar alvos terapêuticos para novos medicamentos e verificar o efeito de edições genéticas feitas com CRISPR, por exemplo.


Referências

Mendelics Indica: House e o Traço Falciforme

Mendelics Indica: House e o Traço Falciforme

Diagnósticos surpreendentes são um tema recorrente na série House, que retrata a rotina de uma equipe diagnóstica especializada em casos clínicos complexos. Nesse Mendelics Indica vamos comentar sobre como a série reportou o caso raro de uma paciente portadora de traço falciforme sintomático. Continue lendo!

House e o traço falciforme

No segundo episódio da sétima temporada a equipe de House se depara com uma adolescente de 14 anos que foi internada após uma arritmia grave e repentina.

Della era uma adolescente aparentemente saudável: praticava skateboarding e participava de campeonatos desde muito nova. Segundo seu irmão, Hugo, que possui Distrofia Muscular de Duchenne, ela era tão saudável que não pegava nem resfriados.

A falha cardíaca que surpreendeu sua família logo foi seguida de falência renal e pulmonar. A progressão rápida do quadro de Della e a variedade de sintomas apresentados pelo corpo todo levaram a equipe médica a suspeitar de infecções e doenças autoimunes. Infelizmente, nenhuma dessas suspeitas estava correta.

Depois de conversar com o irmão e ouvir o quanto Della se portava forte e saudável para a família, House desconfiou que talvez ela tivesse sintomas anteriores que preferiu não expor por conta da condição de Hugo. Ele estava certo. Della já sentia dores no peito e na cabeça além de cansaço semelhante ao de um resfriado há alguns anos, mas não contou para os pais.

Della era portadora do traço falciforme, que é considerado benigno por não apresentar riscos para a grande maioria dos portadores. Somente casos muito raros podem eventualmente apresentar sintomas. 

Apesar da série House apresentar muitos casos de condições raras, tornando-as um pouco mais conhecidas, por vezes a ficção ultrapassa a realidade. O caso desse episódio é um bom exemplo. Continue lendo e entenda um pouco mais sobre o traço falciforme e quais foram os erros neste episódio da série.

O que é traço falciforme?

O traço falciforme ou falcêmico ocorre quando uma pessoa herda uma cópia do gene HBB com a mutação que causa a anemia falciforme.

A anemia falciforme é causada por mutações no gene HBB, responsável por produzir a hemoglobina, proteína que compõe as hemácias e auxilia no transporte de oxigênio pelo corpo. Quando mutado, o HBB produz hemoglobinas alteradas que não funcionam perfeitamente, uma delas é a hemoglobina S, que produz hemácias em forma de foice (falciformes).

Quando uma pessoa herda as duas cópias do gene HBB com a mutação que produz a hemoglobina S, ela desenvolverá a anemia falciforme, uma doença rara e grave. Contudo, muitas pessoas possuem apenas uma cópia do gene com a mutação, nesse caso, ela é chamada de portadora do traço falciforme, que não causa a doença, mas pode ser passado para os filhos.

Quadro explicativo do tipo de hemácias produzidas por pessoas saudáveis, com traço falciforme e com anemia falciforme

Ao contrário das pessoas saudáveis (AA) os pacientes com anemia falciforme (SS) produzem hemácias em formato de foice que impede que elas transportem oxigênio corretamente. Além disso, as hemácias falciformes tendem a se acumular nos vasos sanguíneos, obstruindo o fluxo de sangue. Pessoas com traço falciforme (AS) produzem quantidade suficiente de hemácias saudáveis para evitar o aparecimento dos sintomas.

Traço falciforme e anemia falciforme no Brasil

As alterações genéticas que levam ao traço e à anemia falciforme são mais comuns em populações africanas e com ascendência africana, como o Brasil.

Estima-se que o número de pessoas portadoras do traço falciforme no Brasil chegue a 2 milhões. Por isso, a quantidade de pessoas afetadas por anemia falciforme também acaba sendo alta: de 60 mil a 100 mil brasileiros.

Estima-se que cerca de 300 milhões de pessoas sejam portadoras do traço falciforme no mundo.

Saiba mais sobre a anemia e o traço falciformes.

A anemia falciforme pode ser detectada precocemente?

Devido ao grande número de portadores de traço falciforme, estima-se que todos os anos nascem de 700 a 1000 crianças com anemia falciforme no Brasil.

A triagem neonatal tradicional oferecida pelo Sistema Único de Saúde (SUS), o famoso Teste do Pezinho, detecta a anemia falciforme, porém, pode precisar de confirmação por outros testes.

O Teste da Bochechinha, desenvolvido pela Mendelics, é o teste de triagem neonatal genética pioneiro no Brasil. Ele investiga mais de 340 condições genéticas, incluindo a anemia falciforme.

A coleta para o Teste da Bochechinha é feita com um swab bucal e pode ser realizada logo no primeiro dia de vida. É simples, rápido e indolor.

Conheça mais sobre o Teste da Bochechinha!


Referências

Síndrome de Noonan

Síndrome de Noonan

A Síndrome de Noonan é uma doença genética, geralmente congênita, com sinais e sintomas diversos dentre os pacientes, podendo causar malformações, problemas cardíacos e deficiência intelectual

Estima-se que a Síndrome de Noonan afete 1 a cada 1000-2500 pessoas, com maior prevalência entre pessoas do sexo masculino.

Essa síndrome faz parte do grupo de RASopatias, que são condições causadas por mutações em genes que atuam na via metabólica RAS/MAPK, afetando o crescimento e desenvolvimento do paciente.

 

Quem foi Noonan?

Dra. Jacqueline Noonan foi a cardiologista pediátrica que caracterizou a Síndrome de Noonan em um artigo científico publicado em 1968. A partir dos seus estudos de caso, ela determinou que a síndrome afeta ambos os sexos, é hereditária, causa problemas cardíacos e está associada a um cariótipo normal.

A síndrome recebe seu nome em reconhecimento do seu trabalho.

 

 

Síndrome de Noonan: sintomas e sinais

Os sinais e sintomas da Síndrome de Noonan são muitos e podem variar bastante dentre os pacientes.

Dentre os mais comuns, apresentados por pelo menos 80% das pessoas afetadas, estão olhos afastados, projetados para frente e pálpebras caídas, dificuldade na fala (disartria), baixa estatura, malformações ósseas e musculares, hiperflexibilidade das articulações e fraqueza muscular, têmporas alargadas e queixo fino (face triangular), pescoço curto e alargado ou alado, e atraso puberal.

Menos frequentemente os pacientes também podem apresentar problemas cardíacos, como arritmias e Estenose Pulmonar Valvar (EPV), hematológicos, como sangramentos anormais e dificuldade de coagulação, e deficiência intelectual.

Em casos mais raros a síndrome pode afetar o funcionamento do pâncreas e do fígado.

ilustração de um rosto e um corpoindicando os principais sinais da Síndrome de Noonan

 

Qual a diferença entre as Síndromes de Noonan e Turner?

As síndromes de Noonan e Turner apresentam alguns sinais e sintomas semelhantes, que podem acarretar em um diagnóstico clínico equivocado, como a baixa estatura e o pescoço curto e alargado. Por isso, a Síndrome de Noonan também é conhecida como “Síndrome de Turner Masculina” ou “Pseudo-Síndrome de Turner Feminina”.

Porém existem diferenças importantes entre as duas síndromes, principalmente na causa genética:

  • A Síndrome de Turner é causada por uma alteração cromossômica em que um dos cromossomos X está ausente. Essa síndrome só afeta pessoas do sexo feminino.
  • A Síndrome de Noonan é causada por alterações em genes específicos, apresentando cariótipo (arranjo cromossômico) normal. A síndrome afeta ambos os sexos.

 

 

Quais fatores causam a Síndrome de Noonan?

A Síndrome de Noonan é causada por alterações (mutações) em pelo menos 12 genes diferentes, sendo que 5 deles são responsáveis por cerca de 80% dos casos. A maioria dessas mutações é herdada de forma autossômica dominante.Tabela indicando os principais genes associados ao desenvolvimento da Síndrome de Noonan e a proporção de casos associada a cada gene

Em alguns casos a síndrome é causada por alterações nos genes NRAS, BRAF, RRAS, RASA2, A2ML1, SOS2, também com padrão de herança autossômico dominante, já o gene LZTR1 pode apresentar padrão autossômico dominante e recessivo. No entanto, a prevalência das mutações nesses genes não é conhecida.

Esses 12 genes codificam proteínas que atuam na via de sinalização celular RAS/MAPK, que regula a divisão e crescimento celular, processos importantes para a diferenciação das células que compõem os diferentes tecidos do corpo.

As mutações associadas à Síndrome de Noonan podem fazer com que as proteínas da via fiquem ativas por mais tempo, alterando a sinalização da via RAS/MAPK e a regulação do crescimento e divisão celular, resultando nos sinais e sintomas característicos da Síndrome de Noonan.

 

Padrão de herança autossômico dominante

Doenças que apresentam esse padrão de herança são causadas por uma única cópia da mutação, que pode ser herdada da mãe ou do pai. Cerca de 32% das doenças genéticas são herdadas dessa forma.

Heredograma representando o padrão de herança autossômico dominante

Entenda mais sobre os padrões de herança de doenças genéticas nesse artigo.

 

 

Síndrome de Noonan: tratamento

Devido à grande variação de sintomas dentre as pessoas com Síndrome de Noonan, o tratamento deve ser personalizado, com foco nos sintomas apresentados por cada paciente, podendo envolver muitas especialidades médicas diferentes.

O acompanhamento médico deve se iniciar o mais cedo possível para minimizar os atrasos no desenvolvimento e crescimento. Em alguns casos é indicado realizar terapia com hormônio de crescimento.

Pacientes que apresentam complicações cardiovasculares e hematológicas devem fazer acompanhamento com cardiologista e hematologista, respectivamente.

O aconselhamento genético para o paciente e sua família é altamente recomendado.

 

Síndrome de Noonan: diagnóstico

Quando há suspeita de Síndrome de Noonan, a forma mais precisa de confirmar o diagnóstico é pela testagem genética.

Exames de diagnóstico genético para a Síndrome de Noonan analisam o DNA do paciente em busca de mutações nos genes que podem causar a doença. O Painel de Síndrome de Noonan e Rasopatias, oferecido pela Mendelics, investiga 21 genes associados à rasopatias, como a Síndrome de Noonan, incluindo os 12 genes citados neste artigo.

Todo exame genético de diagnóstico deve ser feito a partir de um pedido médico.

Converse com o seu médico e, se precisar de um exame genético, entre em contato conosco.


Referências

Mendelics Indica: O Gene Egoísta

Mendelics Indica: O Gene Egoísta

Dia 25 de abril é o Dia do DNA, por isso no Mendelics Indica desse mês trouxemos O Gene Egoísta, escrito por Richard Dawkins. O livro trata da seleção natural de um ponto de vista um pouco diferente do que estamos habituados: a do próprio gene.

 

O Gene Egoísta

Quando falamos em seleção natural logo pensamos em Charles Darwin e seu livro A Origem das Espécies, e como ele aborda a evolução dos seres vivos de uma forma coletiva, a chamada seleção de grupos.

Na época, fazia pouco sentido pensar que a seleção natural atuava sobre o indivíduo, ou melhor dizendo, sobre seus genes, pois o DNA só seria descoberto 10 anos depois, em 1869, pelo bioquímico Johann Friedrich Miescher. E a estrutura e função do DNA foram elucidados somente décadas depois da sua descoberta.

 

O que é seleção natural

A seleção natural é o processo em que o ambiente (clima, disponibilidade de alimento, presença de predadores etc) seleciona os indivíduos que estão mais aptos para sobreviver e, ainda mais importante, se reproduzir.

A seleção natural foi proposta independentemente por Charles Darwin e Alfred Wallace na década de 1850 e é hoje a teoria mais bem aceita de como ocorre a evolução das espécies.

 

Com o passar do tempo ficou claro que a seleção natural atua sobre os fenótipos (características) e, portanto, seleciona os genes que os definem. Mas um aspecto da seleção de grupo ainda é bastante comum no ensino da biologia evolutiva: a ideia de que os indivíduos de uma determinada espécie agem de forma a preservá-la. Essa linha de raciocínio assume que os indivíduos, e os genes que os formam, têm um comportamento altruísta. E é desse ponto que O Gene Egoísta discorda.

Imagem de duas girafas com pescoços de comprimentos diferenes se alimentando da copa de uma árvore

Um exemplo clássico de como a seleção natural atua é o tamanho do pescoço das girafas. Dentre os ancestrais das girafas, aqueles com pescoços mais longos tinham acesso às folhagens das copas das árvores e não precisavam competir por alimento no solo com outros animais. Ao longo do tempo, as girafas mais bem adaptadas tinham pescoços cada vez mais longos, até chegarem ao que conhecemos hoje.

 

Segundo Richard Dawkins, os genes – e seus portadores, chamados de máquinas de sobrevivência de genes em O Gene Egoísta – são egoístas. O raciocínio descrito no livro é o seguinte: os genes mais bem adaptados são aqueles que codificam características físicas, fisiológicas e de comportamento que favoreçam o indivíduo portador de forma que ele se reproduza mais facilmente, criando mais cópias desses genes.

Quando O Gene Egoísta foi publicado, o livro era considerado controverso e polêmico. Com o passar do tempo, e com uma melhor compreensão do papel dos genes no processo de adaptação dos seres vivos, as ideias trazidas no livro já não parecem tão estranhas.

Fica fácil entender o raciocínio de Dawkins usando um exemplo. Se um gene qualquer possui duas versões diferentes, sendo que uma delas causa uma doença grave e a outra não afeta negativamente o desenvolvimento do indivíduo, o primeiro caso pode levar o portador à morte antes mesmo que ele possa se reproduzir, eliminando aquela versão deletéria da população; já a cópia neutra do gene será passada para as próximas gerações e se tornará muito mais frequente.

Nesse exemplo, pode-se dizer que a seleção natural agiu de forma a eliminar uma doença e preservar a espécie (seleção de grupo), mas existe uma outra interpretação. Na linha da seleção individual, esse exemplo mostra que genes que não conseguem se reproduzir, são eliminados e os que conseguem se multiplicam e prevalecem. Segundo Dawkins, os seres vivos são como máquinas criadas pelos genes para facilitar a sua reprodução e, por isso, a seleção atua sobre eles.

Independente de qual interpretação você prefira usar, o importante é que ambas levam ao mesmo resultado. O que Richard Dawkins fez em O Gene Egoísta foi trazer uma nova perspectiva para o entendimento de como a seleção natural atua nos seres vivos. E ele o fez de uma forma relativamente simples, usando exemplos muito interessantes.

 

O que os memes têm a ver com isso?

Em O Gene Egoísta, Richard Dawkins não se restringe a explicar a evolução genética, mas tenta também explicar a evolução cultural. Segundo ele, assim como o gene é a unidade de informação genética que se replica nas gerações futuras, o meme seria a unidade de informação cultural que é passada de cérebro a cérebro ao longo das gerações. E quanto mais bem sucedido o meme, mais ele se espalha na cultura da população.

Claro que quando Dawkins apresentou o termo “meme” pela primeira vez, ele não esperava que tomasse as proporções que vemos hoje na cultura moderna, virtual. Em 1976, quando escreveu o livro, o termo se referia a qualquer ideia, melodia, slogan, moda ou mania que pode ser ensinada a outras pessoas. Dawkins hoje admite que a internet é um veículo ideal para a disseminação de memes.

O termo “meme” é uma abreviação feita por Dawkins da palavra de origem grega “Mimeme”, que significa “imitação”.

 

Dia do DNA

O Dia do DNA é celebrado mundialmente no dia 25 de abril para relembrar a descoberta da estrutura da molécula de DNA em dupla hélice em 1953 e a publicação do sequenciamento do primeiro genoma humano em 2003.

Esses dois feitos foram indispensáveis para os milhares de estudos que descreveram o funcionamento dos genes e seu papel, não só no processo de adaptação e seleção natural, mas também no funcionamento dos organismos e no desenvolvimento de doenças. Hoje esse conhecimento já é usado inclusive no desenvolvimento de terapias genéticas para doenças graves.

Celebre o dia do DNA e conheça mais sobre como os genes atuam no desenvolvimento e adaptação das espécies no livro O Gene Egoísta de Richard Dawkins.


Referências

Dawkins, R. (2007). O gene egoísta.

National Human Genome Research Institute. National DNA Day. Genome.Gov. Acesso em 19 de abril de 2022.

Aranha, C. O outro evolucionista. Pesquisa FAPESP. Acesso em 19 de abril de 2022.

The Guardian. (2013, June 28). Richard Dawkins on memes – Cannes Lions 2013 [Interview]. In YouTube.

Neurogenética: exames genéticos para doenças neurológicas

Neurogenética: exames genéticos para doenças neurológicas

Doenças neurológicas estão se tornando cada vez mais prevalentes na população, sendo hoje o principal motivo de incapacitação no Brasil e no mundo. Essas doenças abrangem desde as condições raras, como a Atrofia Muscular Espinhal (AME), até condições mais comuns, como o Alzheimer. Entenda mais sobre esse grupo de doenças e como a neurogenética pode contribuir para o estudo e tratamento delas.

Neurogenética é o campo da ciência que estuda o efeito da variabilidade genética no sistema nervoso com grande foco em doenças neurológicas hereditárias.

 

Doenças neurológicas podem ser herdadas?

A neurogenética compreende o estudo de várias doenças neurológicas de origem genética que podem comprometer a musculatura, nervos e neurônios na medula espinhal, tronco cerebral, cérebro e cerebelo. Por isso, essas condições podem apresentar sintomas e idade de início muito variados.

Imagem ilustrativa do sistema nervoso indicando o cérebro, cerebelo, tronco encefálico e medula espinhal

O padrão de herança dessas doenças também é diverso, a depender da condição. Muitas são monogênicas (causadas por um único gene) como a Atrofia Muscular Espinhal (AME), e outras são doenças complexas, causadas por fatores genéticos e ambientais, como a Doença de Alzheimer.

 

Principais doenças neurológicas hereditárias

Alzheimer

A Doença de Alzheimer é a forma mais comum de demência, uma condição neurodegenerativa que afeta pelo menos 40 milhões de pessoas no mundo e 1,2 milhões de brasileiros.

A doença é caracterizada por alterações nas placas amilóides e nos emaranhados neurofibrilares (ou tau), que resultam na perda de neurônios e de suas conexões. Essas alterações são resultado de fatores ambientais, como a idade, e genéticos, principalmente associados aos genes APOE, APP, PSEN1 e PSEN2.

A perda de memória costuma ser o primeiro sintoma observado, que se agrava à medida que a doença avança e é acompanhada de desorientação, mudanças de humor e comportamento, confusão sobre eventos, tempo e lugares e, em seus estágios avançados, dificuldade para falar, engolir e andar.

Saiba mais sobre a Doença de Alzheimer.

 

Distrofia Muscular de Duchenne (DMD)

A DMD, é uma doença genética rara, grave, crônica e progressiva que afeta 1 a cada 3.500 nascidos do sexo masculino.

A doença tem padrão de herança recessivo ligado ao cromossomo X e é causada por variantes no gene DMD que codifica a distrofina, uma proteína importante para a sustentação e aderência dos músculos no esqueleto.

Os pacientes com DMD apresentam fraqueza e degeneração progressiva dos músculos esqueléticos (que controlam o movimento) e cardíacos (coração). Os sintomas geralmente se tornam aparentes em torno dos 3 anos de idade afetando, inicialmente, os músculos do quadril e membros inferiores.

Saiba mais sobre a Distrofia Muscular de Duchenne (DMD)

Imagem ilustrando que os neurônios se comunicam com os músculos

 

Atrofia Muscular Espinhal (AME)

A AME é uma doença neuromuscular que afeta cerca de 1 a cada 10 mil crianças no Brasil.

A doença tem padrão de herança autossômico recessivo e é causada por mutações no gene SMN1, responsável por produzir a proteína SMN que é fundamental para a manutenção dos neurônios motores.

Pacientes com AME apresentam fraqueza e atrofia muscular e, posteriormente, comprometimento da respiração, locomoção e a alimentação, entre outras funções básicas do organismo. Na forma mais comum da doença (tipo 1), os sintomas aparecem logo nos primeiros dias ou meses de vida.

O diagnóstico genético da AME é essencial para a definição da gravidade da doença e escolha dos tratamentos.

Saiba mais sobre a Atrofia Muscular Espinhal (AME).

 

Diagnóstico genético em neurologia

A diversidade de sinais e sintomas apresentados por doenças neurogenéticas torna o diagnóstico desafiador. É comum que os sintomas sejam similares aos de doenças mais comuns, e a investigação pode levar a uma demora na obtenção do diagnóstico correto.

Crianças com DMD esperam em média 4 anos para obter o diagnóstico, e idosos com sintomas de Alzheimer levam cerca de 3 anos.

Exames genéticos podem oferecer um diagnóstico rápido e preciso, encurtando a jornada do paciente e aumentando sua qualidade de vida: a identificação da alteração genética que está causando a doença auxilia na determinação da gravidade do quadro do paciente e na escolha do melhor tratamento que, sendo iniciado o mais cedo possível, pode retardar ou até evitar as consequências mais graves da doença.

O resultado dos testes genéticos também são importantes para os familiares do paciente, que podem ser portadores da alteração encontrada. Com essa informação, acompanhada de aconselhamento genético, os familiares podem iniciar acompanhamento médico com intuito de prevenir os sintomas, ou considerar o risco em seu planejamento familiar.

O aconselhamento genético deve ser sempre realizado antes e após o teste genético, para garantir que o paciente e seus familiares compreendam todos os benefícios e as limitações dos resultados.

Tabela listando as vantagens do diagnóstico genético que é mais preciso, traz resultados mais exatos e permite um tratamento personalizado

 

Conheça os principais exames genéticos para neurologia

Assim como existe uma grande diversidade de doenças neurogenéticas, os exames de diagnóstico também são bastante variados. Aqui vamos listar os principais Painéis de Sequenciamento de Nova Geração (NGS) oferecidos pela Mendelics.

É importante ressaltar que doenças neurogenéticas podem ser investigadas também por Sequenciamento Completo do Exoma (SCE) e SNP-Array, especialmente em casos de sintomas de causa desconhecida, além de exames de expansão, MLPA e sequenciamento customizado de genes específicos não incluídos nos painéis.

Conheça a lista completa de exames.

 

Painel de Epilepsias

Analisa 240 genes envolvidos no desenvolvimento de doenças que têm epilepsia como sintoma, como as encefalopatias epilépticas e epilepsias de difícil controle medicamentoso, incluindo síndrome de Dravet, lipofuscinoses ceróides, esclerose tuberosa, hiperglicinemia não cetótica e diversas outras doenças.

 

​​Painel de Demências e Parkinson

Analisa 60 genes envolvidos em formas precoces e/ou familiais de demências, como a Doença de Alzheimer e Doença de Parkinson, dentre outras.

 

Painel de Distrofias Musculares, Miopatias e Miastenia

Analisa 91 genes envolvidos no desenvolvimento de doenças neuromusculares, como as diferentes formas de miopatia congênita, distrofias musculares e miastenias congênitas.

 

Programas de apoio ao diagnóstico de doenças neurológicas

A Mendelics, em parceria com a farmacêutica PTC Therapeutics, oferece programas de apoio ao diagnóstico de doenças neurogenéticas, que permitem que o médico cadastre seus pacientes para realizar o exame de diagnóstico genético de forma gratuita.

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Painel Movimente (Distúrbios do Neurodesenvolvimento e do Movimento)

O Programa Movimente de apoio ao diagnóstico oferece, de forma gratuita, um exame de painel que inclui 91 genes relacionados a distúrbios do neurodesenvolvimento e transtornos do movimento com início na primeira infância.

Tem algum paciente que pode se beneficiar do programa? Entre em contato pelo e-mail contato@mendelics.com.br e participe do Programa Movimente.

 

Painel DNAmplo (Doenças Neuromusculares)

O Programa de apoio ao diagnóstico DNAmplo oferece, de forma gratuita, um exame de painel que analisa 222 genes relacionados a Doenças Neuromusculares com início na primeira infância, como a Distrofia Muscular de Duchenne (DMD).
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Tem algum paciente com suspeita de doenças musculares que pode se beneficiar do programa? Entre em contato pelo e-mail contato@mendelics.com.br e participe do programa DNAmplo.


Referências

Dr. Octávio Marques Pontes Neto. Minuto do Cérebro. Rádio USP, Feb. 11, 2020. [Online].

  1. Y. T. Silva, et al. A journey through the history of Neurogenetics. Arquivos de Neuro-Psiquiatria, vol. 79, no. 10, pp. 929–932. 2021.
  2. Vgontzas e W. Renthal. Introduction to Neurogenetics. The American Journal of Medicine, vol. 132, no. 2, pp. 142–152. 2019.
  3. S. S. Moreira e A. P. Q. C. Araújo. Não reconhecimento dos sintomas iniciais na atenção primária e a demora no diagnóstico da distrofia muscular de Duchenne. Revista Brasileira de Neurologia, vol 45, n 3, pp 39-43. 2009.
  4. Brookmeyer, et al. Survival Following a Diagnosis of Alzheimer Disease. Archives of Neurology, vol. 59, no. 11, p. 1764. 2002.