RCG1002 - Genética - Fisioterapia e Terapia Ocupacional - 2024

Gregor Mendel realizou experimentos pioneiros sobre cruzamentos e características hereditárias, com objetivo de verificar como essas características eram herdadas ao longo das gerações. O seu experimento consistia em cruzar linhagens de ervilhas “puras” e fazer a polinização cruzada entre as plantas. Esse procedimento o levou a formular as suas leis, que também ficaram conhecidas por Genética Mendeliana.

Ele utilizou o quadrado de Punnett, que é uma ferramenta de análise estatística baseada na pesquisa que prevê a probabilidade de ocorrência de um fenótipo.

A Terceira Lei de Mendel (Lei da Segregação Independente) propõe que alelos de 2 ou mais genes se separam em gametas independentemente um do outro. Os alelos são transmitidos separados uns dos outros.

Os vírus são pequenos parasitas intracelulares, submicroscópicos, que contêm DNA ou RNA como genoma protegido por uma capa de proteína codificada pelo vírus chamada capsídeo. O genoma viral é embalado dentro de um capsídeo proteico simétrico, composto por uma única ou múltiplas proteínas, cada uma delas codificando um único gene viral. Devido a esta estrutura simétrica, os vírus podem codificar todas as informações necessárias para a construção de um grande capsídeo usando um pequeno conjunto de genes. 

Atualmente, foram descritos mais de 4.000 vírus, classificados em 71 famílias. Embora os vírus possuam genomas pequenos, eles apresentam uma enorme diversidade em comparação com plantas, animais e até bactérias. Com relação ao genoma, os vírus são amplamente divididos em vírus de DNA e vírus de RNA. Os vírus DNA e RNA podem ser de fita simples ou dupla, com um arranjo circular, linear ou segmentado. Os vírus DNA e RNA são diferenciados por suas características, como monopartidos ou multipartidos.

Qualquer que seja a composição do genoma viral, todos os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios, que podem replicar-se apenas dentro das células hospedeiras apropriadas. Os seus genomas codificados devem ser reconhecidos por uma célula hospedeira específica, que será logo parasitada. Para isso, o código genético empregado pelo vírus deve ser compatível ou reconhecido pela célula hospedeira.

Figura 1. Estrutura simples e características de um vírus.

Chaitanya KV. Structure and Organization of Virus Genomes. Genome and Genomics. 2019 Nov 18:1–30. doi: 10.1007/978-981-15-0702-1_1. PMCID: PMC7119911.

Só nas últimas décadas os cientistas progrediram da análise de um único ou de um pequeno número de genes de uma só vez para a investigação de milhares de genes, passando do estudo das unidades de herança à investigação do genoma completo de um organismo. A ciência dos genomas, ou "genômica", inicialmente dedicada à determinação de sequências de DNA (a ordem dos nucleotídeos num determinado fragmento de DNA), expandiu-se rapidamente para um nível mais funcional - estudando os perfis de expressão e os papéis de ambos genes e proteínas (Del Giacco; Cattaneo, 2012).

A genômica humana, definida como um campo científico que aspira investigar a estrutura, função e interação de todos os genes em todo o genoma humano, promete melhorar o diagnóstico, o tratamento e a prevenção de doenças (Lazaridis; Petersen, 2005).

Del Giacco L, Cattaneo C. Introduction to genomics. Methods Mol Biol. 2012;823:79-88. doi: 10.1007/978-1-60327-216-2_6. PMID: 22081340.

Lazaridis KN, Petersen GM. Genomics, genetic epidemiology, and genomic medicine. Clin Gastroenterol Hepatol. 2005 Apr;3(4):320-8. doi: 10.1016/s1542-3565(05)00085-6. PMID: 15822036.

A genômica estrutural visa caracterizar estruturalmente a maioria das sequências de proteínas por meio de uma combinação eficiente de experimento e modelação. Ela precisa determinar estruturas proteicas que tenham pelo menos 30% de identidade com as sequências a serem modeladas, considerando que, abaixo de 30%, haveria grande chance de erros significativos atrapalharem o sequenciamento proteico (Chance MR; et al, 2002).

A estrutura terciária obtida com a genômica estrutural de uma sequência proteica permite que a compreensão da biologia seja complementada, levando em consideração que fornece um quadro de referência para informações sobre as sequências proteicas derivadas de dados genômicos, a fim de entender a função bioquímica. Assim, a estrutura permite que o pesquisador atribua uma posição aos resíduos dos aminoácidos, formulando hipóteses sobre como uma determinada proteína funciona.

Mas a estrutura oferece mais do que apenas informações sobre proteínas específicas. Também proporciona um meio de comparar proteínas que não apresentam semelhança óbvia ao nível da sequência (Standley DM; et al, 2022).

Figura 1. Visão tridimensional de uma estrutura proteica obtida a partir da Genômica Estrutural.

Chance MR, Bresnick AR, Burley SK, Jiang JS, Lima CD, Sali A, Almo SC, Bonanno JB, Buglino JA, Boulton S, Chen H, Eswar N, He G, Huang R, Ilyin V, McMahan L, Pieper U, Ray S, Vidal M, Wang LK. Structural genomics: a pipeline for providing structures for the biologist. Protein Sci. 2002 Apr;11(4):723-38. doi: 10.1110/ps.4570102. PMID: 11910018; PMCID: PMC2373525.

Standley DM, Nakanishi T, Xu Z, Haruna S, Li S, Nazlica SA, Katoh K. The evolution of structural genomics. Biophys Rev. 2022 Dec 15;14(6):1247-1253. doi: 10.1007/s12551-022-01031-8. PMID: 36536641; PMCID: PMC9753067.

A genômica funcional é o estudo de como o genoma e seus produtos, incluindo RNA e proteínas, funcionam e interagem para afetar diferentes processos biológicos. O campo da genômica funcional inclui transcriptômica, proteômica, metabolômica e epigenômica, pois todas elas se relacionam à decodificação do genoma, levando à expressão de fenótipos específicos. Ao estudar genomas inteiros – genômica clínica, transcriptomas e epigenomas – a genômica funcional permite a exploração da relação diversa entre genótipo e fenótipo, não só para os humanos como espécie, mas também para os indivíduos, permitindo uma compreensão e avaliação de como o genoma funcional “contribui” para diferentes doenças.

Carpenter S, Conlan RS. Clinical Functional Genomics. Cancers (Basel). 2021 Sep 15;13(18):4627. doi: 10.3390/cancers13184627. PMID: 34572854; PMCID: PMC8465855.

Anexo abaixo. 

Anexo abaixo. 

Anexo abaixo. 

GENÓTIPO HAPLÓIDE

O genótipo haploide refere-se à composição genética de um organismo que é caracterizado pela presença de apenas um conjunto completo de cromossomos em suas células. Em um organismo haploide, cada célula possui apenas uma cópia de cada cromossomo, resultando em um genótipo que é determinado por essa única cópia de genes. Isso contrasta com organismos diploides, que possuem dois conjuntos completos de cromossomos e, portanto, têm dois alelos para cada gene. O genótipo haploide é fundamental em organismos como fungos e em certas fases do ciclo de vida de plantas e animais, como nas células reprodutivas (gametas).

Referência bibliográfica:

Thompson & Thompson genética médica. 8. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016, 24 e 25.

GENÓTIPO MUTANTE

O genótipo mutante refere-se à presença de uma alteração ou mutação em um ou mais genes específicos de um organismo em comparação com o genótipo padrão ou selvagem. Uma mutação é uma mudança na sequência de nucleotídeos do DNA, que pode resultar em uma variação na função ou na expressão do gene afetado. O genótipo mutante pode levar a características fenotípicas diferentes das observadas em indivíduos com o genótipo selvagem e pode ter implicações significativas na fisiologia, no desenvolvimento e na adaptação do organismo ao seu ambiente. As mutações genéticas podem ocorrer espontaneamente ou serem induzidas por agentes externos, como radiação ou certos produtos químicos. Estudos sobre genótipos mutantes são importantes para compreender os mecanismos genéticos subjacentes a uma variedade de condições e doenças, bem como para investigar vias metabólicas, processos de desenvolvimento e evolução.

Referência bibliográfica:

Thompson & Thompson genética médica. 8. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016, 24 e 25.