Marco científico: eles terminaram de decodificar todo um genoma humano

Embora estivesse quase completo por décadas, os cientistas dizem que, finalmente, conseguiram terminar de decodificar o genoma humano, o conjunto de instruções para construir e manter um ser humano.

Esse plano genético, segundo os participantes do estudo publicado nesta quinta-feira na revista Science, foi totalmente montado. Uma equipe internacional descreveu o primeiro sequenciamento de um genoma humano completo. O esforço anterior, celebrado em todo o mundo, estava incompleto porque as tecnologias de sequenciamento de DNA da época não conseguiam ler certas partes dele. Mesmo após as atualizações , cerca de 8% do genoma estava faltando.

“Alguns dos genes que nos tornam apenas humanos estavam na verdade nesta 'matéria escura do genoma' e foram completamente esquecidos”, disse Evan Eichler, pesquisador da Universidade de Washington que participou do esforço atual e do Projeto Genoma Humano original. “Demorou mais de 20 anos, mas finalmente conseguimos”, frisou.

Muitos, incluindo os próprios alunos de Eichler, pensaram que tinha acabado. “Eu estava ensinando a eles e eles disseram: 'Espere um minuto. Não é a sexta vez que eles declaram vitória? Eu disse: 'Não, desta vez nós realmente conseguimos!

Os cientistas disseram que essa imagem abrangente do genoma dará à humanidade uma maior compreensão de nossa evolução e biologia, ao mesmo tempo que abre as portas para descobertas médicas em áreas como envelhecimento, doenças neurodegenerativas, câncer e doenças cardíacas.

“Estamos simplesmente expandindo nossas oportunidades para entender as doenças humanas”, disse Karen Miga, autora de um dos seis estudos divulgados na quinta-feira.

A pesquisa culmina décadas de trabalho. O primeiro rascunho do genoma humano foi anunciado em uma cerimônia na Casa Branca em 2000 pelos líderes de duas entidades concorrentes: um projeto internacional financiado publicamente liderado por uma agência do Departamento de Comércio dos EUA e uma empresa privada, Celera Genomics, com sede em Maryland.

“O consórcio telômero para telômero (T2T) concluiu a primeira sequência verdadeiramente completa de 3,055 bilhões de pares de bases (pb) de um genoma humano, representando a maior melhoria do genoma de referência humano desde seu lançamento inicial”, escreveram os cientistas em junho passado, em um artigo publicado sobre a pesquisa servidor BioRxiv, desde então não era revisado por pares, o que finalmente aconteceu agora.

O novo genoma é um salto à frente, disseram os pesquisadores na época, o que foi possível graças às novas tecnologias de sequenciamento de DNA desenvolvidas por duas empresas do setor privado: a Pacific Biosciences, da Califórnia, também conhecida como PacBio, e a britânica Oxford Nanopore. Suas tecnologias para leitura de DNA têm vantagens muito específicas sobre ferramentas que há muito são consideradas fundamentais para os pesquisadores.

“Esses 8% do genoma não foram esquecidos por causa de sua falta de importância, mas por causa de limitações tecnológicas”, escreveram os pesquisadores. “O sequenciamento de leitura longa de alta precisão finalmente eliminou essa barreira tecnológica, permitindo estudos abrangentes da variação genômica em todo o genoma humano. Tais estudos exigirão necessariamente um genoma de referência humano completo e preciso, o que acabará por impulsionar a adoção do conjunto T2T-CHM13 apresentado aqui.”

O genoma humano consiste em cerca de 3,1 bilhões de subunidades de DNA, pares de bases químicas conhecidas pelas letras A, C, G e T. Os genes são cadeias desses pares de letras que contêm instruções para fazer proteínas, os blocos de construção da vida. Os seres humanos têm cerca de 30.000 genes, organizados em 23 grupos chamados cromossomos que são encontrados no núcleo de cada célula.

Até agora, “lacunas grandes e persistentes que estiveram em nosso mapa, e essas lacunas caem em regiões bastante importantes”, disse Miga.

Miga, pesquisador de genômica da Universidade da Califórnia-Santa Cruz, trabalhou com Adam Phillippy, do Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, para organizar a equipe de cientistas para começar do zero com um novo genoma com o objetivo de sequenciar tudo, incluindo peças que faltam. O grupo, nomeado para as seções nas extremidades dos cromossomos, chamados telômeros, é conhecido como consórcio Telômero para Telômero, ou T2T.

Seu trabalho adiciona novas informações genéticas ao genoma humano, corrige erros anteriores e revela longos trechos de DNA que são conhecidos por desempenhar um papel importante na evolução e na doença. Uma versão da pesquisa foi publicada no ano passado antes de ser revisada por colegas cientistas.

“Eu diria que esta é uma grande melhoria do Projeto Genoma Humano”, que dobra seu impacto, disse o geneticista Ting Wang, da Faculdade de Medicina da Universidade de Washington, em St. Louis, que não esteve envolvido na investigação.

Eichler disse que alguns cientistas costumavam pensar que áreas desconhecidas continham “lixo”. Mas “alguns de nós sempre pensaram que havia ouro naquelas colinas”, disse.

Acontece que o ouro inclui muitos genes importantes, disse ele, como os essenciais para tornar o cérebro de uma pessoa maior que o de um chimpanzé, com mais neurônios e conexões.

Para encontrar esses genes, os cientistas precisavam de novas formas de ler a linguagem genética enigmática da vida. A leitura de genes requer cortar fios de DNA em pedaços de centenas a milhares de letras. As máquinas de sequenciamento lêem as letras de cada peça e os cientistas tentam colocar as peças na ordem certa. Isso é especialmente difícil em áreas onde as letras são repetidas.

Os cientistas disseram que algumas áreas eram ilegíveis antes de melhorias nas máquinas de sequenciamento de genes que agora lhes permitem, por exemplo, ler com precisão um milhão de letras de DNA por vez. Isso permite que os cientistas vejam genes com áreas repetidas como cadeias mais longas, em vez de fragmentos que mais tarde tiveram que juntar.

Os pesquisadores também tiveram que superar outro desafio: a maioria das células contém genomas da mãe e do pai, o que confunde as tentativas de montar as peças corretamente. Os pesquisadores do T2T resolveram isso usando uma linhagem celular de uma “toupeira hidatiforme completa”, um óvulo fertilizado anormal que não contém tecido fetal e que possui duas cópias do DNA do pai e nenhuma do DNA da mãe.

O próximo passo será mapear mais genomas, incluindo aqueles que incluem coleções de genes de ambos os pais. Esse esforço não mapeou um dos 23 cromossomos encontrados nos homens, chamado cromossomo Y, porque a toupeira continha apenas um X.

Wang disse que está trabalhando com o grupo T2T no Human Pangenome Reference Consortium, que está tentando gerar genomas de “referência” ou modelo para 350 pessoas que representam a amplitude da diversidade humana.

“Agora temos um genoma correto e precisamos fazer muitos, muitos mais”, disse Eichler. “Este é o começo de algo realmente fantástico para o campo da genética humana.”

Em outro avanço notável na genética, em fevereiro passado, cientistas da Universidade de Oxford criaram a primeira árvore genealógica da humanidade. “O pano de fundo teórico das genealogias de todo o genoma, que descrevem como herdamos genes de nossos ancestrais, se desenvolveu nas últimas três décadas”, explicou Anthony Wilder Wohns, pesquisador de pós-doutorado no Broad Institute do MIT e Harvard, ex-aluno de doutorado no Big Data Instituto (BDI) da Universidade de Oxford e principal autor da pesquisa-. No entanto, estimar realmente essa estrutura é um problema estatístico tremendamente difícil.”

As dificuldades associadas à combinação de grandes conjuntos de dados de um grande número de bancos de dados diferentes têm sido uma grande barreira para esse esforço de pesquisa, até agora. Wilder Wohns, outro autor principal deste novo estudo realizado durante seu tempo no BDI, relatou sobre “um novo método para combinar facilmente milhões de sequências genômicas de populações antigas e modernas”.

Juntamente com seus colegas, Wohns usou esse método para criar um “primeiro rascunho” da árvore genealógica da humanidade. “Criamos um novo algoritmo que deduz relações genéticas sem a necessidade de comparar cada sequência de DNA entre si e combinamos com outro algoritmo que coloca datas em ancestrais comuns, tratando toda ancestralidade como uma única rede”, explicou. Além disso, ao estimar toda a genealogia da humanidade, conseguimos criar algoritmos que nos permitiram usar todo o genoma para estimar quando e, pela primeira vez, onde nossos ancestrais viveram”.

CONTINUE LENDO