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Prof. Alexandre S. Osório

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Apresentação em tema: "Prof. Alexandre S. Osório"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. Alexandre S. Osório
Projeto Genoma Humano Prof. Alexandre S. Osório

2 O QUE É UM GENOMA É o conjunto haplóide de cromossomos de uma espécie.
O projeto genoma humano analisou 24 cromossomos humanos. 22 autossomos + X + Y Podemos considerar o genoma como o conjunto de todo material genético de um ser vivo.

3 COMPOSIÇÃO DO GENOMA HUMANO

4 Mapear o patrimônio genético do Homem
Projeto Genoma Humano Objetivo Mapear o patrimônio genético do Homem

5 Projeto Genoma Humano Avanço na Medicina Preventiva
Diagnóstico (específico, sensível, efetivo e seguro) Tratamento (desenhos de fármacos específicos)

6 Projeto Genoma Humano O arranjo linear dos nossos cromossomos fazem parte da nossa micro-anatomia. Histórico: 1543- corporis humani Fabrica por Andreas Vesalius; 1628- fisiologia da circulação por Harvey; 1761- anatomia mórbida por Morgagni.

7 1956- Evolução da Genética Médica
Projeto Genoma Humano 1956- Evolução da Genética Médica 1956- Estabelecimento do número de cromossomos e a determinação da estrutura de dupla-hélice do DNA por Watson e Crick; 1959, descrita a 1º síndrome (Down). Nos anos 60 uma série de anormalidades começaram a ser descritas (nº, translocação, deficiência, mosaicos, triploidias e microdeleções).

8 Projeto Genoma Humano Mapeamento Genético
Provavelmente o 1º gene a ser mapeado foi o do Daltonismo ( ) 1980- análise de células somáticas através do uso de sondas (“diretamente no gene afetado); Construção de marcadores genéticos para serem utilizados em famílias (RFLP, Seq TANDEM, Microsatélites, etc).

9 O Sequenciamento do Genoma Humano – A última anatomia
Projeto Genoma Humano O Sequenciamento do Genoma Humano – A última anatomia Antes mesmo do lançamento do PGH ser lançado uma variedade genes já haviam sido descritos; ª apresentação do material genético por Avery, McLeod e McCArty em pneumococcus; 1953- Watson e Crick deduziram a dupla-hélice do DNA por difração de radiografia; 1966- dedução dos nucleotídeos (para codificação de aa); 1960s – Uso de enzimas de restrição; 1970s- Clonagem de genes em plasmídeos bacterianos e a técnica do DNA recombinante;

10 Projeto Genoma Humano 1980- O Departamento de Energia dos EUA propõem do sequenciamento do genoma humana devido a preocupação de mutações ocorridas devido a radiação que seus trabalhadores estavam expostos.

11 Projeto Genoma Humano Década de 1980- Primeiras discussões  PGH;
1984- PG: EUA  mapear patrimônio genético humano. Japão e Austrália: organismo de coordenação internacional HUGO (Human Genome Organization)  facilitar e coordenar  mapear, sequenciar e analisar: genoma humano e sua aplicação; 1990- PGH internacional: pesquisadores americanos e europeus.

12 Projeto Genoma Humano 1988- acreditava-se que o mapeamento e o seq. completo do genoma humano seria possível ser feito em anos (2005), com um custo de $200 milhões de dólares as ano liberado pelo congresso nacional americano. O Comitê assessor do PGH recomendou que se fizesse o seq. a partir da construção dos mapas genéticos e físicos dos cromossomos e que fossem sendo feitos modelos de outros organismos em paralelo.

13 Projeto Genoma Humano 01/10/1990: foi lançado nos EUA do PGH: patrocinado pelo NIH (National Institutue of Health) e pelo DOE (Departament of Energy). Foi criado o grande consórcio mundial para o seq. do genoma humano formado pela Europa, Japão e Austrália. HUGO ( Human Genome Organization)- sintonizar o trabalho e organizar o conhecimento em um banco de dados.

14 Projeto Genoma Humano Abril de durante as comemorações de 50 anos da molécula de DNA. – 96% do genoma. Os 6% restante são regiões que ainda hoje não se possui meios de serem analisadas. Essas regiões são basicamente os centrômeros e os telômeros dos cromossomos, que representam o centro e as extremidades de um cromossomo, respectivamente. A dificuldade em se analisar essas regiões se deve a grande quantidade de repetições de DNA e regiões de extremo condensamento.

15 Projeto Genoma Humano No dia 4 de Setembro de 2007, o grupo de pesquisa do Instituto J. Craig Venter publicou a sequência completa do genoma do próprio pesquisador Craig Venter (Venter, et al 2007). A grande revolução nesse novo trabalho é a de que o genoma avaliado corresponde ao genoma diplóide, contendo a informação de cada par de cromossomo herdado de nossos pais, ao contrário da sequência determinada pelo Projeto Genoma que corresponde ao genoma haplóide. Como resultado, descobriu-se que a diferença das sequências genéticas entre dois indivíduos é de 99,5% e não de 99,9% como se imaginava ao fim do Projeto Genoma Humano.

16 Projeto Genoma Humano Quem participa do PGH ?
Setor Público  dados - qualidade e precisão: detalhes das células humanas. Setor Privado  genes de interesse. 18 Países : Alemanha, Austrália, Brasil, Canadá, China, Coréia, Dinamarca, EUA, França, Holanda, Israel, Itália, Japão, México, Reino Unido, Rússia, Suécia e União Européia.

17 MAPEAMENTO E SEQUENCIAMENTO DO GENOMA
GENOMA: DNA  células - determinado organismo. Mapeamento  Divisão dos cromossomos  fragmentos menores  propagados, caracterizados e ordenados  respectivas posições nos cromossomos. Sequenciamento  Seqüência de bases  fragmentos de DNA já ordenados  genes na seqüência do DNA.

18 VANTAGENS DO PGH Doençasfator genético;
Tecnologias clínicas  diagnósticos de DNA; Terapiasnovas classes de remédios; Técnicas imunoterápicas;

19 Projeto Genoma Humano Prevenção Doenças condições ambientais: mal de Alzheimer, hipertensão, obesidade, artrite reumática, suscetibilidade ao câncer de mama e ovário, osteoporose, câncer do cólon, doenças cardiovasculares, mal de Parkinson, calvície; Genes defeituosos  Terapia Gênica Drogas medicinais  organismos geneticamente alterados

20 Projeto Genoma Humano Filme Projeto Genoma Humano

21 COMO É FEITO O SEQUENCIAMENTO
Projeto Genoma Humano COMO É FEITO O SEQUENCIAMENTO Mapeamento Sequenciamento Etapas do Sequenciamento Picotando o DNA Clonagem Marcação com Fluorescência Separação Leitura

22 Ver animação!!! 1. Picotando o DNA 4. Separação 2. Clonagem
Fig . 1 : Bases nitrogenadas do DNA Fig . 3: Fragmentos de DNA separados pelo tamanho 2. Clonagem 3. Marcação com Fluorescência 5. Leitura Fig . 2 : Cromatograma de 4 cores Fig . 4 : Dados processados

23 Projeto Genoma Humano Os resultados são mostrados num cromatograma de quatro cores. Depois os computadores reúnem as seqüências em longos e contínuos trechos.

24 Projeto Genoma Humano 1º organismo livre seq. foi a bactéria Haemophilus influenzae, com 1800 genes que codificam proteínas. Este seq. foi feito pelo grupo do J. Craig Venter utilizando a técnica de aproximação. Helicobacter pylori, Mycobacterium tuberculosis e Treponema pallidum. º eucarioto seq. completamente, o Saccharomyces cereviae. º organismo multicelular completamente seq. foi o nematoíde Caenorhabditis elegans. 2000/ março – Drosophila melanogaster.

25 ALGUNS GENOMAS FINALIZADOS

26 Projeto Genoma Humano 26 de junho de 2000 Na Casa Branca, Colins e Venter anunciaram a conclusão inicial do PGH O grupo do Colins publicou na “Nature” O grupo do Venter publicou na “Science” A maior conclusão deste grande projeto foi explicar que a complexidade do ser humano esta baseada codificação de diferentes proteínas e não no número de genes.

27 Venter et al. Colins et al.

28 Projeto Genoma Humano Abril de 2003 : seqüência completa.
O sequenciamento do genoma humano não corresponde ao genoma específico de determinada pessoa. Estima-se que 99.9% da seqüência seja exatamente a mesma entre todos os seres humanos. O Tamanho dos genes varia enormemente: gene médio = bases Maior gene conhecido: distrofina (2.4 milhões de bases). Cromossomo 1 tem a maioria dos genes (2.968), e o Y a menor parte (231).

29 Sequenciamento dos genes
“É cada vez maior o esforço dos cientistas para colocar à disposição um número crescente de genomas inteiros sequenciados dos mais diferentes organismos.”

30 Fig.7 : Representação do mapeamento genético no cromossomo humano

31 Projeto Genoma Humano O DNA humano é formado por 3.1 bilhões de pares de base, com 4 nucleotídeos diferentes (A, C, G, T). Essas combinações se repetem ao longo do genoma em diferentes ordens para formar aa, que combinado formaram as proteínas necessárias. Ele é formado por grandes desertos e alguns oásis. Só 3% do DNA contém regiões codificadoras (centrais). O genoma humano é idêntico em 99,5%, os 0,1% é que traz as variações e pistas de muitas doenças “A complexidade dos seres humanos surgiu de alguma outra fonte” Colins 12/02/01

32 Projeto Genoma Humano O Brasil também participou do Projeto Genoma Humano . As principais iniciativas tomadas foram a da clonagem dos genes pelo laboratório da pesquisadora Mayana Zatz; Projeto Genoma Humano do Câncer está em andamento graças a união da Fapesp, Instituto Ludwig, Unicamp, EPM e da Faculdade de Medicina da USP; O Genoma Cana leva o Brasil a liderar a pesquisa em genoma de plantas (Copersucar à FAPESP em 1998) O seqüenciamento de uma praga de lavoura de laranja chamada de Xylella fastidiosa.

33 Projeto Genoma Humano

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35 Câncer e o Projeto Genoma
Fig . 8 : Representação da porcentagem dos tipos de câncer

36 Genoma Câncer Pretende gerar entre 500mil e 700mil sequenciamentos
Acesso a regiões codificadoras ainda não explorados Elucidação no sequenciamento genético do Homo sapiens Descoberta (???) da cura do câncer

37 Projeto Genoma Humano O Futuro: A Medicina do Século 21
Saber a função de todas essas proteínas Saber as variações, padrões, estruturas e fenótipos Identificar alelos para suscetibilidade Buscar marcadores Especificar diagnósticos (mendelianos ou não) Conhecer a vulnerabilidade ou resistência Influência: medicina reprodutiva, preditiva, no conceito de doenças que levem os médicos a interpretar genes como hemogramas, diagnósticos específicos e clínicos, caracterização precisa das doenças, busca de terapias personalizadas (fármacos), impressão digital dos tumores (2020).

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39 EXERCÍCIOS CORRETA : LETRA C
1) (Unifesp-2004) Em abril de 2003, a finalização do Projeto Genoma Humano foi noticiada por vários meios de comunicação como sendo a “decifração do código genético humano”. A informação, da maneira como foi veiculada, está a) correta, porque agora se sabe toda a seqüência de nucleotídeos dos cromossomos humanos. b) correta, porque agora se sabe toda a seqüência de genes dos cromossomos humanos. c) errada, porque o código genético diz respeito à correspondência entre os códons do DNA e os aminoácidos nas proteínas. d) errada, porque o Projeto decifrou os genes dos cromossomos humanos, não as proteínas que eles codificam. e) errada, porque não é possível decifrar todo o código genético, existem regiões cromossômicas com alta taxa de mutação. CORRETA : LETRA C

40 3 nucleotídeos ----------- 1 aminoácido
2) O bacteriófago t2 tem como material genético uma molécula de DNA com cerca de 3600 nucleotídeos, que compreendem três genes. Admitindo que esses três genes tenham aproximadamente as mesmas dimensões e que a massa molecular média dos aminoácidos seja igual a 120, cada uma das proteínas por eles codificada deve ter uma massa molecular aproximada de: a) d) b) 24 x e) 144 x 103 c) 4 x 102 RESOLUÇÃO: 3600 nucleotídeos / 3 genes = 1200 nucleotídeos em cada gene. 3 nucleotídeos aminoácido 1200 nucleotídeos X aminoácidos X = 400 aminoácidos em cada proteína.

41 400 aminoácidos x 120 massa molecular média massa molecular das proteínas RESPOSTA : LETRA A

42 3) (UnB – DF) Cientistas norte-americanos e britânicos conseguiram, pela primeira vez, identificar todos os elementos que compõem o genoma de um animal, um verme conhecido como Caenorhabditis elegans. O trabalho, realizado durante oito anos por equipes da Universidade de Washington, de Saint Louis (EUA), e do Centro Sanger de Carnbridge (Grã-Bretanha), permitiu que fossem identificados os 97 milhões de pares de bases e os cerca de 20 mil genes que constituem o ácido desoxirribonucléico (DNA) do animal. O Estado de s. Paulo, 11/12/98 (com adaptações). Supondo que todos os genes mapeados codifiquem proteínas e que uma proteína possui, em média, 200 aminoácidos, calcule a porcentagem do genoma do Caenorhabditis elegans representada pelas regiões codificadoras de proteínas. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista.

43 RESOLUÇÃO : genes = proteínas = 2 x 104 proteínas. 2 x 104 proteínas x aminoácidos 400 x 104 = 4 x 106 aminoácidos em todas as proteínas do verme. 3 nucleotídeos aminoácido X nucleotídeos x 106 aminoácidos X = 12 x 106 nucleotídeos (que codificam todas as proteínas do verme)

44 de pb. = 97 x 106 pb. 97 x % 12 x X X = 1200/97 = 12,37 % RESPOSTA: 12

45 4) As duas principais revistas científicas do planeta, a inglesa Nature e a norte-americana Science, publicaram, dia 12/02/2001, uma das conquistas mais aguardadas dos últimos tempos: a conclusão do seqüenciamento do genoma humano. A grande novidade, no final dos estudos, foi que o número de genes identificados (cerca de 30 mil) é bem mais tímido do que o inicialmente aguardado (em torno de 140 mil). Os trabalhos desenvolvidos pela empresa de biotecnologia Celera e o Projeto Genoma Humano (PGH), formado por 16 instituições públicas de pesquisa, permitiram a identificação quase total dos 3 bilhões de pares de bases que constituem o ácido desoxirribonucléico dos humanos. (http://noticias.correioweb.com.br, com adaptações) Supondo que todos os genes mapeados codifiquem proteínas e que uma proteína possui, em média, 200 aminoácidos, calcule a porcentagem do genoma humano representada pelas regiões codificadoras de proteínas. a) 0,6% d) 2,5% b) 1% e) 50% c) 1,6%

46 RESOLUÇÃO: genes = proteínas = 3 x 104 proteínas 3 x 104 proteínas x 200 aminoácidos 600 x 104 aminoácidos em todas as proteínas humanas 3 nucleotídeos aminoácido X nucleotídeos x 106 aminoácidos X = 18 x 106 nucleotídeos (codificam todas as proteínas humanas) pb = 3 x 109 pb 3 x % 18 x X X = 18 x 108 / 3 x 109 X = 18/30 = 0,6 % RESPOSTA: LETRA A

47 5) O gene supressor de tumor p-53 é um dos principais alvos de mutação durante o processo de carcinogênese. Está localizado no braço curto do cromossomo 17 e codifica a nucleoproteína p-53 que é responsável pela regulação da transcrição nuclear, funcionando como um “policial molecular”. Se a célula for exposta a agentes mutagênicos externos a p-53 acumula-se no núcleo freando o ciclo celular em G1, dando tempo para que a célula repare seu DNA. Caso a célula não o repare, a p-53 dispara a morte celular por apoptose. Na versão mutagênica desse gene, a célula que sofre lesão em seu material genético não tem sua divisão celular interrompida e deste modo, o dano celular se transmite às células filhas. A mutação de p-53 não causa a transformação maligna sozinha, porém predispõe a célula a outras mutações que a levarão a uma transformação maligna. Baseando-se no texto e em conhecimentos correlatos, responda ao que se pede. a) Sabendo que a p-53 é uma proteína constituída por 393 aminoácidos, quantos nucleotídeos serão necessários apenas para a codificação desses aminoácidos? b) Quantos códons serão necessários para a síntese dos 393 aminoácidos? Justifique.

48 RESOLUÇÃO : 3 nucleotídeos aminoácido X nucleotídeos aminoácidos X = 1179 nucleotídeos 3 nucleotídeos = 1 códon = codificação de 1 aminoácido, logo 393 aminoácidos = 393 códons.

49 6) Galactosemia: incapacidade de transformar galactose em glicose
As reações bioquímicas que envolvem a galactose – monossacarídeo derivado da lactose (açúcar do leite) – são de particular interesse porque, em seres humanos, estão sujeitas a defeitos genéticos que resultam na doença conhecida como galactosemia. Quando o defeito está presente, os indivíduos são incapazes de metabolizar a galactose a metabólitos da glicose, o que freqüentemente ocasiona catarata, crescimento deficiente, retardo mental e eventual morte por lesão hepática. Um dos distúrbios genéticos é devido à mutação no gene GALK1, expressa como uma deficiência celular da enzima galactoquinase, promotora da degradação do referido monossacarídeo. Sabendo-se que a enzima galactoquinase possui 392 aminoácidos e que o gene GALK1 ocupa uma região de pb no genoma, qual a porcentagem da região codificadora (éxons) em relação ao tamanho total do gene?

50 RESOLUÇÃO : 1 aminoácido bases no RNAm pb no DNA 392 aminoácidos X X = pb 7.300 pb % 1.176 pb x x = 16,11%

51 7) "Um mecanismo molecular para as conexões entre os neurônios"
Artigo publicado recentemente na revista norte-americana Cell (vol. 101, pp , 2000) apresenta uma possível explicação para a grande especificidade e diversidade das conexões feitas pelas células nervosas. Além de dar novas pistas sobre as bases moleculares dos circuitos neuronais, o trabalho também é uma valiosa contribuição aos estudos sobre o papel de certas regiões do genoma, que aparentemente não têm função, na síntese de proteínas. O trabalho baseou-se na clonagem e na identificação de um gene da Drosophila, mais conhecida como moscadas- frutas. Esse gene codifica uma proteína localizada na membrana celular dos axônios, que são as projeções dos neurônios responsáveis pelas conexões com outras dessas células nervosas. G. Schmucker e colaboradores descobriram que uma proteína, denominada Dscam, localizada na membrana dos axônios, é o componente externo do receptor de um sistema de sinalização que governa o movimento e o estabelecimento de conexões entre os neurônios. (Ciência Hoje, nº 168, com adaptações) Sabendo-se que a Dscam tem aminoácidos e que o gene que a produz contém 24 regiões codificadoras (exons), espalhadas num total de pares de bases nitrogenadas, calcule: a) A porcentagem aproximada da região do DNA codificadora de tal proteína. b) A quantidade aproximada de códons do RNAm responsável pelo "comando" da tradução da Dscam. Justifique.

52 RESOLUÇÃO: a) nucleotídeos aminoácido X nucleotídeos aminoácidos X = 6078 nucleotídeos nucleotídeos % nucleotídeos x x = 9,93% b) 3 nucleotídeos códon 6078 nucleotídeos X X = 2026 códons.

53 8) "DNA pode criar novo teste para hanseníase"
O bacilo da hanseníase acaba de ter seu genoma decifrado. Os resultados deverão permitir o desenvolvimento de testes de diagnóstico mais rápidos e eficazes para a doença, que é responsável por 700 mil casos novos anualmente em todo o mundo, mais de 42 mil só no Brasil. O trabalho publicado na edição de hoje da revista britânica "Nature" (www.nature.com) trouxe algumas surpresas para os pesquisadores do Instituto Pasteur (França) e do Sanger Centre (Reino Unido) que conduziram o estudo. Uma delas é o número reduzido de genes, principalmente se comparado com o de um parente próximo, o bacilo da tuberculose. Enquanto a Mycobacterium leprae (que causa a hanseníase) tem cerca de genes, a M. tuberculosis (que causa a tuberculose) tem mais de genes. O tamanho do genoma dos bacilos é e pares de bases, respectivamente. A análise do proteoma (o repertório de proteínas que são produzidas pelo organismo) revelou dados mais curiosos ainda. Como a cada gene corresponde pelo menos uma proteína, seria de esperar que a M. leprae produzisse proteínas. No entanto, foram detectadas apenas 391. "Cerca de um terço são proteínas de membrana, insolúveis, e portanto não identificáveis pelo proteoma.(...) (Folha de São Paulo, 22/02/2001, com adaptações) Supondo-se que todas as proteínas do M. leprae possuam 300 aminoácidos, calcule a porcentagem da região codificadora, identificável pelo proteoma, em relação ao genoma total dessa bactéria.

54 RESOLUÇÃO : 1 códon ----------- 3 nucleotídeos ------ 1 aminoácido
x aminoácidos X = 900 nucleotídeos 1 gene nucleotídeos proteína X proteínas X = nucleotídeos Genoma: pb % pb X X = 10,77%

55 8) Grupo decifra DNA de levedura da cerveja
Um consórcio internacional completou o seqüenciamento do material genético da levedura de cerveja Schizosaccharomyces pombe, que tornou-se o sexto organismo com núcleo celular organizado a ter seu genoma conhecido. O grupo foi coordenado pelo britânico Paul Nurse, do Instituto do Câncer em Londres, Nobel de Medicina de O sequenciamento revelou um número pequeno de genes que codificam proteínas (4.824) e um grande número deles (43%) com os chamados "íntrons" no meio (DNA não-codificador de proteína). "Pombe" quer dizer cerveja em suaíli, língua da África oriental, onde a levedura foi primeiro isolada, no século 19. O estudo está na "Nature". (Folha de São Paulo 21/02/2002) Baseando-se no texto e em conhecimentos correlatos, responda: a) Supondo que cada gene codifique uma proteína de 400 aminoácidos, calcule o tamanho total (em pares de bases ou pares de nucleotídeos) das regiões que não contêm introns nesses genes. b) Quantos códons seriam transcritos pelos exons?

56 RESOLUÇÃO: a) 3 nucleotídeos aminoácido X aminoácidos X = nucleotídeos no DNA = 1 gene (com exon e intron) 1 gene nucleotídeos 4.824 genes X X = nucleotídeos (sendo que 43% são introns, portanto, 57% são exons) x 57% = nucleotídeos

57 1 códon --------------- 3 nucleotídeos
X nucleotídeos X = / 3 = códons


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