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Novas linhas de pesquisa de comparação de genomas geram métodos mais simples e eficazes de sequenciamento genético. Matemático brasileiro elabora técnica capaz de concorrer com o modelo mais usado atualmente

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postado em 08/04/2013 19:00 / atualizado em 08/04/2013 13:04

Shirley Pacelli /

Belo Horizonte — Tente se imaginar lendo um calhamaço de milhares de páginas com bilhões de palavras formadas apenas por quatro letras (A, T, C e G). Não há pontos, vírgulas ou parágrafos e a mensagem essencial do texto está no meio disso tudo. É assim que os cientistas se veriam diante do material genético se não fosse a tecnologia. Na última década, o sequenciamento de genomas completos foi aprimorado e se tornou cerca de 10 mil vezes mais barato. Mesmo assim, algumas dificuldades permanecem. Hoje, a grande questão é melhorar a análise dos bilhões de bits gerados por computadores — faltam softwares e mão de obra especializada para tanto trabalho.

Diante dessa realidade, novas linhas de pesquisa em bioinformática buscam uma forma mais eficaz e simples de análise. Um desses estudos é coordenado pelo matemático João Meidanis, sócio-fundador da empresa Scylla Bioinformática e professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Ao lado de um ex-aluno de doutorado, Meidanis investe na técnica single-cut-or-join (expressão representada pela sigla em inglês SCJ e que significa corte único ou junção), que compara genomas inteiros de organismos.

O matemático trabalha com o tema desde 1996. Há 13 anos, um projeto que ele integrou com outros profissionais foi o divisor de águas na pesquisa brasileira. A equipe sequenciou o primeiro genoma de um fitopatógeno, organismo que causa doenças em plantas. O fato foi destaque na revista Nature e surpreendeu a comunidade científica mundial. “Essa pesquisa criou uma geração de gente antenada em genômica. O futuro é isso”, diz.

Meidanis explica que o novo método é um estudo teórico ainda não testado, mas que promete bons resultados na prática. Segundo ele, a forma de análise mais popular nos últimos anos é a double-cut-join (cuja sigla é DCJ e significa dobra, corte e junção). Esse método considera que os genes que formam os genomas comparados são os mesmos, mas ordenados de forma diferente em cada organismo. Ele se baseia nas mutações e nos movimentos sofridos por “blocos” de DNA para que se transformem em outros. Várias doenças são causadas por esse fenômeno.

Os pesquisadores cortam o sequenciamento genético em dois pontos e os unem novamente. Depois, é feito o cálculo dos rearranjos das cadeias de cromossomos. Quanto menor for o número de rearranjos, mais próximos os organismos estão na cadeia evolutiva. A diferença da DCJ para a SCJ é que ela atribui peso único (1) para cada operação, enquanto o novo método, estudado pelo brasileiro, classifica algumas com menor peso (1/2). “A DCJ reinava absoluta nos últimos oito anos. Tem apelo biológico, transformando-a em um método multidisciplinar. Além disso, é fácil de calcular, incorporando-a nos programas usados”, afirma Meidanis.

Apesar de exaltar as qualidades do método tradicional, o matemático acredita que a nova técnica deverá ser uma forte concorrente em alguns anos. Segundo ele, para prosseguir com a pesquisa, são necessários mais profissionais da área biológica. “Tenho observado que, no mundo inteiro, faltam profissionais de bioinformática. Antes, biólogos estudavam matemática ou pessoas da área de exatas faziam biologia. Hoje, já existem faculdades especializadas na formação multidisciplinar, e essa realidade está mudando”, ressalva.

Orgulhoso da pesquisa 100% nacional, o matemático lembra que, entre as vantagens da comparação de genomas, há a possibilidade de inferir se uma espécie é próxima de outra, facilitando o estudo de novos medicamentos ou causas de doenças. “Vamos supor que exista uma nova medicação para humanos. Podemos testá-la no camundongo anteriormente. Ou que seja difícil de estudar o mosquito da dengue. Daí, pega-se outra espécie próxima para analisar o que deve ocorrer ao Aedes aegypti”, explica.

Metagenômica

Outro método que está sendo estudado no Brasil é a chamada metagenômica. Essa abordagem privilegia a análise da amostra diretamente no ambiente a ser estudado. Dessa forma, o objeto de estudo apresenta-se misturado a outros micro-organismos e cabe ao pesquisador separar e caracterizar cada um deles. Na área de bioinformática há cerca de 20 anos, o professor João Carlos Setubal, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP), iniciou projetos em 2008. Ele explica que, no método tradicional, utilizado desde o século 19, coleta-se o material e coloca-se no meio de cultura (preparação química que favorece o crescimento de organismos). Na metagenômica, é coletada uma amostra do organismo com parte do seu nicho. Mas segundo Setubal, paga-se um preço: você já não sabe mais qual bactéria está sendo pesquisada, perde a individualidade do DNA. A técnica, de acordo com o professor, é poderosa, porque permite estudar qualquer nicho macrobiótico. No entanto, é preciso um tratamento computacional sofisticado, e é esse desafio que o atrai.

Setubal está envolvido em dois projetos que usam a técnica: uma amostra do Mar Vermelho, em parceira com um pesquisador do Egito, e outra da compostagem feita pelos funcionários do Zoológico de São Paulo. O objetivo é identificar quais são as populações desses macrobiomas. O método, além de ter um componente forte de biodiversidade, tem o objetivo de entender processos bioquímicos. “A identificação de enzimas que decompõem o material orgânico pode ajudar no desenvolvimento da bionergia, por exemplo. A informação pode ser usada para tornar mais eficaz o processo da produção de energia por meio do bagaço da cana-de-açúcar”, exemplifica.

Da amostra do Mar Vermelho, a ideia é descobrir quais são os organismos que enfrentam as circunstâncias extremas, como falta de luz, e temperaturas entre 50ºC e 70ºC. Ambos os projetos já passaram pela primeira fase de estudos, com amostras preliminares e produção de artigos. Neste mês, o professor deve receber retorno da pesquisa feita no território paulista. Agora, falta cruzar os dados de metagenômica com o isolamento de micro-organismos feitos pela equipe.

» Para saber mais

Projeto Genoma Humano
No início dos anos 2000, chegou ao fim a epopeia, iniciada em 1990, de sequenciar o genoma humano. A previsão era finalizar o trabalho em 15 anos, mas, com o esforço internacional de centenas de laboratórios de todo o mundo, a meta foi alcançada antes disso. O genoma humano é formado por uma sequência de 23 pares de cromossomos no núcleo de cada célula, contabilizando cerca de 27 mil genes. Os genes, por sua vez, são formados por segmentos de DNA que têm quatro bases nitrogenadas: adenina, citosina, guanina e timina (as letras A, C, G e T). O genoma detém a informação básica para a formação física de um ser humano.

Aplicações diversas

No Centro de Pesquisas René Rachou, unidade regional da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) em Minas Gerais, há cerca de 60 projetos de genomas em andamento — são estudos que investigam desde micro-organismos até grandes animais, como bovinos. O sequenciamento do gado bovino é um projeto em parceria com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e  criadores de gado zebu. Com o estudo, pretende-se viabilizar um melhoramento da raça a partir de marcadores genéticos, conseguindo que os animais produzam leite e carne melhores. O trabalho está bem adiantado e deve ser finalizado em oito meses. Há também projetos em colaboração com a Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul e a Fundação Zoo-Botânica de Belo Horizonte para desvendar o genoma da onça-pintada e dois grandes projetos sobre o genoma do câncer.

Mutações

Segundo Guilherme Oliveira, pesquisador titular da Fiocruz e presidente da Associação Brasileira de Bioinformática e Biologia Computacional, o sequenciamento de uma cadeia de DNA dá informação ampla do funcionamento de uma célula. “Você tem uma visão geral da estrutura genética do organismo, como ele opera e quais as mutações levam a uma doença”, explica. Ele ressalta que a informática tem um papel muito importante na análise do enorme volume de dados gerados nesses projetos. “É como se tivesse uma enciclopédia picotada e você tivesse que remontá-la”, explica.

No René Rachou também são desenvolvidas pesquisas de metagenômica. Oliveira explica que, até hoje, a humanidade só conhece no máximo 5% dos micro-organismos que existem no ambiente. Estudando os organismos em seu hábitat específico descobre-se a importância de bactérias, vírus, fungos e seres para a ecologia, além de servirem como fonte de matéria-prima para o desenvolvimento da biotecnologia. “Por meio dessa técnica, é possível descobrir, por exemplo, a importância de micro-organismos para o normal funcionamento do intestino”, conta.
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