FICHA PARA CATÁLOGO PRODUÇÃO DIDÁTICO PEDAGÓGICA

Título: Dez anos de genoma humano

Autora Maria de Lurdes Donadon Leal

Escola de Atuação Colégio Estadual Dr. Gastão Vidigal – Ensino Fundamental e Médio

Município da escola Maringá - PR

Núcleo Regional de Educação Núcleo Regional de Maringá

Orientadora Maria Claudia Colla Ruvolo Takasusuki

Instituição de Ensino Superior Universidade Estadual de Maringá – UEM

Disciplina/Área Avanços Biológicos e suas implicações para o ensino de biologia

Produção Didático-pedagógica Unidade Didática

Relação Interdisciplinar Optamos por não trabalhar a interdisciplinaridade.

Público Alvo Alunos de uma das turmas do 3º ano do Ensino Médio da manhã

Localização Colégio Estadual Dr. Gastão Vidigal – Ensino Fundamental e Médio.

Rua Líbero Badaró, nº 252, zona 07, Maringá – PR.

Apresentação: As pesquisas do Projeto Genoma Humano, finalizado o mapeamento do DNA, contribuem significativamente para uma melhor qualidade de vida. Uma pedagogia dinâmica deve revelar o percurso dessas pesquisas clara e objetivamente e mostrar ao aluno que, apesar dessa contribuição fundamental, o caminho que leva ao domínio do genoma humano só pode ser percorrido com muita cautela. Assim, a nova didática precisa permitir a atualização constante do conteúdo e das metodologias de ensino, especialmente para crianças e adolescentes. Os objetivos principais deste trabalho são: apresentar para o aluno de escola pública, novos materiais didáticos que estimulem sua curiosidade; demonstrar a importância das recentes descobertas em genética para a integração entre ambiente, genoma e

qualidade de vida; e indicar o lugar decisivo das tecnologias nessas pesquisas. A metodologia adotada envolve: uma visão histórica dos modelos da molécula do DNA, desde 1953 até o sequenciamento completo do genoma humano, no ano 2000; o estudo do funcionamento do genoma; o estudo da expressão, da regulação e do silenciamento dos genes; atividades sobre a relação entre gene, RNA, proteína, epigenética e sua associação com a saúde e com o desenvolvimento das tecnologias; atividades que mostrem a importância dos aspectos éticos das pesquisas em genética.

Palavras-chave Genoma Humano. Expressão dos Genes. Genômica. Ensino-Aprendizagem.

DEZ ANOS DE GENOMA HUMANODEZ ANOS DE GENOMA HUMANO

APRESENTAÇÃO

Os dez anos do Projeto Genoma Humano

Após completar dez anos, o Projeto Genoma Humano, finalizado no ano de 2000, realizou o sequenciamento completo do nosso DNA e vem resultando no desenvolvimento de muitas pesquisas e tecnologias, que já contribuem para um melhor padrão de vida aumentando o bem-estar e melhorando a saúde.

Quase sempre que abordamos o tema genoma, falamos em melhoria na qualidade de vida, principalmente pelas promessas de cura de doenças e até mesmo de uma possível longevidade, levadas pela compreensão maior da complexidade do sistema biológico. No entanto, outras questões são colocadas, paralelamente a estas, envolvendo a bioética.

Todo o conhecimento adquirido nestas pesquisas pode e deve ser divulgado de forma acessível para toda a sociedade. Uma forma de divulgação é a atualização do conteúdo e das metodologias de ensino especialmente para crianças e adolescentes.

Uma pedagogia dinâmica, que abarque essas idéias de forma clara e objetiva, deve levar o aluno a entender que, apesar de todas as possibilidades de aumento no padrão de vida, o caminho que leva ao domínio do genoma humano deve ser percorrido com muita cautela.

Por todos esses motivos enumerados acima, elaboramos este Projeto de Intervenção Pedagógica privilegiando não apenas o conhecimento científico envolvido no projeto genoma, mas também os seus reflexos na sociedade e na bioética.

A intervenção será realizada com alunos de uma das turmas do 3º ano do Ensino Médio, visando aos seguintes objetivos:

• Apresentar para o aluno de escola pública, novos materiais didáticos que estimulem sua curiosidade e permita entender as novas ideias e tecnologias sobre a integração entre ambiente, genoma e qualidade de vida.

• Propor a leitura de textos, através de Unidade didática dividida em três etapas, compilada da fundamentação teórica;

• Propor a prática de atividades escrita e ilustrada que auxiliem os alunos na descoberta de novas tecnologias e na ampliação de conhecimentos a respeito do genoma.

TEXTOS

1- TEXTO 01: HISTÓRIO A PARTIR DE 1953

Faremos agora um apanhado histórico, para recapitularmos os acontecimentos que levaram os pesquisadores a desvendarem o sequenciamento do genoma humano.

Só a partir de 1930, foi possível mostrar que o DNA era uma molécula longa contendo quatro bases distintas: adenina (A), timina (T), guanina (G), citosina (C).

Em 28 de fevereiro de 1953, com a construção do modelo da dupla-hélice pelo biólogo norte-americano James D. Watson e o físico Francis H. C. Crick, os pesquisadores concluíram que as duas cadeias eram mantidas por fortes ligações de hidrogênio entre os pares de bases adenina-timina e guanina-citosina.

Segundo Watson (2005) por volta de 1960 já havia sido descoberta a enzima RNA polimerase, que catalisa, a partir do DNA, a produção do RNA mensageiro, que se configurava como um molde convincente de síntese protéica revelado na época.

Em 1961, na Universidade de Cambridge, Brenner e Crick realizaram o experimento definitivo que demonstrou que o código genético é baseado em tripletos. E até 1966 já se havia estabelecido o código genético que corresponde aos códons do RNAm e aos aminoácidos; assim, as quatro bases nitrogenadas do RNAm (A, U, C e G), reunidas em tripletos, formam 64 códons distintos.

Em 1980 surgiu a primeira ideia de sequenciar o genoma humano, que se tornaria realidade apenas dez anos depois.

Até o ano de 1980, a amplificação de uma região do DNA dependia do método Cohen Boyer de Clonagem Molecular, era preciso haver uma grande quantidade do gene para fazer o sequenciamento.

No ano de 1983, Kary Mullis descobre a reação em cadeia da polimerase (amplificação seletiva de um segmento de DNA).

Em 1990 o Projeto Genoma Humano é oficialmente iniciado, com a publicação de um plano de pesquisa, cujos objetivos eram: determinar a sequência de todos os nucleotídeos e identificar todos os genes humanos dos 24 cromossomos do genoma, sendo 22 autossomos, além dos cromossomos sexuais X, Y (WATSON, 2005).

Entre 1992 e 1997 foram publicados os mapas genéticos, citológicos e físicos detalhados do genoma humano.

No ano de 1998, Venter testa o mais novo modelo de máquina de sequenciamento, a PRISM 3700, e, pouco depois, funda a empresa Celera Genomics, para sequenciar o genoma humano pelo método shotgun usando trezentas dessas máquinas.

Em dezembro de 1999 foi publicada a sequência completa do 1º cromossomo humano, cromossomo 22; em maio de 2000, a sequência completa do cromossomo humano 21. Começava assim o lento trabalho do seqüenciamento do genoma humano.

Dia 26 de junho de 2000, Bill Clinton, Tony Blair, na Casa Branca em Downing Street, anunciaram simultaneamente a conclusão da 1ª versão do Projeto Genoma Humano.

2- TEXTO 02: SEQUENCIAMENTO DO GENOMA HUMANO

Segundo Watson (2005) por volta de 1980 surgiu a primeira ideia de sequenciar o genoma humano, que se tornou realidade dez anos depois: nascia assim, em 1990, o Projeto Genoma Humano, oficialmente iniciado, com a publicação de um plano de pesquisa, cujos objetivos eram: determinar a sequência de todos os nucleotídeos e identificar todos os genes humanos dos 24 cromossomos do genoma, sendo 22 autossomos, além dos cromossomos sexuais X, Y.

Os protagonistas deste início de projeto Genoma foram os cientistas Francis Collins, médico geneticista, e J. Craig Venter, biólogo. Por um lado Collins liderou o consórcio público formado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e pelo Instituto Nacional de Saúde, além de universidades e institutos de pesquisa de diversos países; enquanto Venter tornou-se presidente da companhia particular Celera Genomics, com o firme propósito de ser o primeiro a completar o sequenciamento do genoma humano.

Até o ano de 1980 era preciso haver uma grande quantidade do gene para fazer o sequenciamento, que dependia do método Cohen Boyer de Clonagem Molecular para amplificação de uma região do DNA. Esta técnica consiste em recortar um pedaço de DNA; inseri-lo num plasmídeo; este, por sua vez, é inserido modificado numa célula bacteriana; esta célula se replica, duplicando o segmento de DNA. Depois de várias duplicações, purifica-se o DNA da população bacteriana.

Em 1983, Kary Mullis descobre a reação em cadeia da polimerase, alcançando o mesmo fim da técnica anterior (amplificação seletiva de um segmento de DNA) em poucas horas e sem a necessidade de lidar com bactérias. Eis a técnica: por meio de métodos químicos, sintetizam-se dois primers (pequenos trechos da fita de DNA, com 20 pares de bases de comprimento, que delimitam o gene desejado), que são adicionados ao molde do DNA, extraído do genoma. Quando o DNA é aquecido a 95ºC, suas duas fitas separam-se, os primers ligam-se nas extremidades do gene e a polimerase faz cópias da fita do DNA entre os primers (WATSON, 2005).

A automação do sequenciamento nasceu das ideias de Lloyde Smith e Mike Hunkapiller e começou a ser desenvolvida no Laboratório de Lee Hood, no Caltech. Quando trabalhava no laboratório de Hood, Hunkapiller procurou Smith para falar sobre o método de sequenciamento que usava um corante para cada tipo de base. Smith produziu uma solução usando cores especiais que ficam fluorescentes sob raios laser, método desenvolvido por Fred Sanger em meados dos anos 1970.

Segundo o método padrão de Sanger, cria-se uma série de fragmentos de DNA que são selecionados pelo gel de acordo com o tamanho de cada um; cada fragmento é etiquetado pelo corante fluorescente que corresponde ao seu nucleotídeo didesoxi demarcador de cadeia; a cor emitida identifica qual é a base. Em seguida a este processo, Smith usa o laser, que é sua especialidade, para rastrear o fundo do gel, ativando a fluorescência; e uma célula fotoelétrica detecta a cor de cada pedaço do DNA; e essas informações vão para o computador.

Segundo Watson (2005) Mike Hunkapiller e Lloyd Smith foram os idealizadores, ainda no laboratório Hood, da primeira máquina de sequenciamento, que aumentou a eficiência em relação aos métodos anteriores e utilizava sistemas capilares de grande vazão, nos quais os fragmentos de DNA são separados em alta velocidade de acordo com o tamanho. Em janeiro de 1983, Hunkapiller foi trabalhar na Applied Biosystems Inc., fabricante da máquina Smith-Hunkapiller, e, em 1998, convidou Venter para testar o mais novo modelo da empresa a PRISM 3700. Venter ficou impressionado com a máquina e foi instruído por Hunkapiller a abrir nova empresa financiada pela PerkinElmer. Assim, Venter abandona os antigos parceiros do TIGR (The Institute for Genomic Research - Instituto de Pesquisas Genômicas) e funda a empresa Celera Genomics, com o firme propósito de sequenciar o genoma humano pelo método shotgun usando trezentas máquinas de Hunkapiller. Em 2003 os sequenciadores do ABI (Applied Biosystems Inc.) já haviam atingido tal rapidez, que conseguia sequenciar até meio milhão de pares de bases por dia.

O consórcio público do Projeto Genoma Humano terminou a sua montagem da sequência em 22 de junho de 2000, e o Celera Genomics terminou em 25 de junho de 2000. Dia 26 de junho de 2000, Bill Clinton, Tony Blair, na Casa Branca em Downing Street, anunciaram simultaneamente a conclusão da 1ª versão do Projeto Genoma Humano.

3- TEXTO 03: GENÔMICA

Com a sequência do genoma humano completada, ficou disponível uma grande quantidade de informações que começa a ser explorada, abrindo oportunidades para análises e estudos funcionais dos genes.

A genômica é uma subdisciplina da genética que estuda o mapeamento, sequenciamento e análise funcional e comparativa dos genomas. A genômica é dividida em: genômica estrutural, estudo da estrutura do genoma; genômica comparativa, estudo da evolução do genoma; e genômica funcional, o estudo do funcionamento do genoma que permite a análise do conjunto completo do RNA transcrito do genoma e do conjunto completo de proteínas codificadas pelo genoma. Este estudo permitirá entender a expressão do genoma inteiro (SNUSTAD e SIMMONS, 2008).

Com a disponibilidade e o conhecimento da sequência completa dos nucleotídeos de um gene, de um cromossomo ou de todo o genoma, os cientistas iniciaram outra fase, através da exploração das novas tecnologias de hibridização e dos chips de DNA, a fase do estudo da expressão dos genes de um organismo. Isto proporcionou a compreensão de alguns pontos, tais como o processo normal de desenvolvimento humano, as causas de pelo menos algumas doenças humanas e também o processo de envelhecimento.

A medicina genômica saiu do paradigma genômico de saúde e doença. É possível manipular o ambiente de forma a manter o equilíbrio harmônico genoma/ambiente que caracteriza a saúde. Este novo ramo da medicina é baseado no conhecimento genômico de cada pessoa, usando mapas genômicos, permitindo o ajuste do ambiente ao seu genoma, para prevenir doenças, visando a manutenção da saúde (PENA, 2010).

A expressão da informação genética de um organismo é produzida pelos efeitos combinados de todos os seus genes, que agem dentro de limitações impostas pelo ambiente. Ocorre em duas etapas: na transcrição, a informação genética vai do DNA para o RNA; na tradução, a informação genética vai do RNA para a proteína durante a expressão fenotípica em um organismo (SNUSTAD e SIMMONS, 2008).

A regulação da expressão pode ocorrer em três níveis: no transcricional, os genes estão no núcleo, quando os sinais ambientais, para terem um efeito sobre os genes, percorrem um longo caminho passando pela membrana, citoplasma até chegarem ao núcleo, nos cromossomos; durante o processamento, pode faltar um pedaço do RNAm, devido à remoção de éxons, juntamente com os íntrons; e no nível da tradução, os RNAi fazem par com as sequências do RNAm específicos, fazendo com que o RNAm seja degradado.

Os genes podem ser silenciados através de pequenos RNA não codificantes, chamados RNA de interferência, pois interferem na expressão dos genes, fornecendo um mecanismo para o silenciamento gênico. O RNAi faz pareamento com uma sequência específica da molécula de RNAm; uma vez pareados, o RNAi provoca a degradação ou interrompe a tradução do RNAm em polipeptídeo. Este silenciamento pode ser tanto transcricional quanto pós-transcricional.

Snustad e Simmons mostram-nos ainda que o RNAi está sendo usado como uma ferramenta de pesquisa para analisar a função de genes em seres humanos. O RNAi pode ser injetado e servir como tratamento de células ou organismos vivos; uma vez dentro das células são direcionados para o RNAm, que contém sequências complementares; e os RNAm alvos são geralmente degradados. Assim o RNAi tem como efeito a inativação ou a atenuação da expressão do gene que corresponde a este RNAm.

O mecanismo do RNA de interferência existe em células humanas. Já foram iniciados protocolos clínicos em seres humanos interferindo no genoma com fins terapêuticos, por exemplo, terapia oftalmológica. O desenvolvimento da vascularização no fundo do olho, que prejudica a visão em pessoas acima de sessenta anos de idade, pode ser tratado com ajuda do RNAi, que visa silenciar a expressão de genes relacionados ao desenvolvimento de vasos. Em algumas doenças humanas ocorre o aumento da expressão de determinados genes e o controle pelo silenciamento aparece como uma nova forma de terapia (MENCK, 2010).

Outra novidade da tecnologia é o chip gênico, uma placa de silicone, de apenas alguns centímetros quadrados, que contém milhares de sondas de hibridização de oligonucleotídeos. Os chips, que já tornaram disponíveis sequências completas de várias espécies, destinam-se ao proveito dos pesquisadores, pois permitem estudar a expressão de todos os genes de um organismo simultaneamente. Chips de DNA com aproximadamente 23.000 genes humanos à disposição da comunidade de cientistas servem agora para estudar a nossa expressão gênica (SNUSTAD e SIMMONS, 2008).

A identificação genômica, ou DNA fingerprinting, é a tecnologia mais recente de identificação de indivíduos por meio de sua “impressão” genômica; e pode ser preparada a partir de pequenas quantidades de sangue, sêmem ou bulbos capilares. O DNA é extraído dessas células, amplificado por PCR (reação em cadeia da polimerase) e analisado com sondas de DNA, pelo procedimento de transferência de Southern (transferência de fragmentos de DNA de um gel de eletroforese para uma membrana de celulose ou náilon por ação de capilaridade). O genoma humano contém várias sequências curtas de DNA que estão presentes como repetições de unidades alinhadas, de tamanhos diferentes em vários locais do cromossomo, sendo importantes para a identificação genômica.

No teste de paternidade as amostras de DNA são obtidas da mãe, da criança e dos possíveis pais. A metade do DNA da criança foi herdada do DNA da mãe e a outra metade foi herdada do pai, ou seja, para cada par de cromossomos homólogos um cromossomo veio da mãe e o outro veio do pai.

“O impacto dessa nova tecnologia chega aos lugarejos mais interioranos e a todas as classes sociais. [...] Pois, se, por um lado, o teste pode ser usado para firmar um laço de parentesco, por outro lado, pode ser usado para negar laços já existentes. Isto é, pode servir tanto na investigação quanto na contestação da paternidade.” (FONSECA, 2004, p. 15-16)

A intervenção técnico-científica com efeitos de longo prazo é capaz de alterar e de manipular a natureza, fato que, assim como a conquista do espaço cósmico e a leitura do código da vida, também engendra novas formas de poder. A humanidade passa a necessitar de uma nova elaboração ética, uma vez que os desafios da bioética do século XXI aumentam em escala mundial (AZEVÊDO, 2008).

ATIVIDADES

1- ATIVIDADE 01: DO DNA À PROTEÍNA

A molécula de DNA pode atingir até 10 cm de comprimento, e pode apresentar mais de 150 milhões de pares de nucleotídeos. Cada nucleotídeo possui um fosfato, uma pentose (desoxirribose) e uma das quatro bases nitrogenadas (adenina, timina, citosina ou guanina). O DNA é formado por dois filamentos unidos por suas bases nitrogenadas, adenina se liga à timina (A=T) e citosina se liga à guanina (C≡G).

O gene é uma região do DNA que contém a informação para a síntese de proteína, é formado por dois filamentos unidos por suas bases nitrogenadas, adenina se liga à timina (A=T) e citosina se liga à guanina (C≡G). O gene contém desde poucas dezenas até milhares de pares de nucleotídeos. O início de um gene, conhecido como região iniciadora, é marcado por uma sequência específica de pares de bases nitrogenadas; e o fim do gene, conhecido como região finalizadora, é marcado por uma sequência específica de pares de bases nitrogenadas.

A expressão gênica ocorre em duas etapas, a transcrição e a tradução. Na transcrição ocorre a transferência da informação genética do DNA para o RNA

(SNUSTAD e SIMMONS, 2008).A produção do RNA mensageiro ocorre a partir do gene correspondente a uma região

do DNA que contém a informação para a síntese de proteína. O DNA começa a separar os seus dois filamentos de gene, orientando o emparelhamento de ribonucleotídeos livres com um dos filamentos, servindo, assim, como molde para sintetizar o RNA, sendo que adenina se liga à uracila (A=U) e citosina se liga à guanina (C≡G). Deste modo, a mensagem em código escrita no DNA é transcrita para o RNA. E o DNA volta a unir os seus dois filamentos, reconstituindo a dupla-hélice.

Essa molécula de RNA recém-transcrita é chamada de pré-RNA mensageiro, contém sequências não codificantes, chamadas íntrons, que interrompem as sequências codificantes, os éxons. Os íntrons são removidos, ficando apenas os éxons, formando o RNA mensageiro antes do transporte deste para o citoplasma.

A produção do RNA ribossômico ocorre nas regiões do nucléolo; uma vez produzido, o RNAr combina-se com proteínas para formarem os ribossomos (AMABIS e MARTHO, 2010).

A produção do RNA transportador ocorre a partir de segmentos de DNA presentes em certas regiões específicas dos cromossomos. O RNAt possui uma extremidade, que se liga a um aminoácido específico, e uma região mediana, onde há uma trinca de bases chamada anticódon, por meio da qual o RNAt emparelha-se a uma trinca de bases complementares do RNAm chamada códon.

Na segunda etapa da expressão gênica, a tradução, ocorre a transferência da informação genética do RNA para a proteína.

A síntese de um polipeptídeo tem início com a associação entre ribossomo, RNAm e RNAt, de acordo com as determinações do código genético. O Código genético é a correspondência entre os códons do RNAm e os aminoácidos. As quatros bases nitrogenadas do RNAm (A, U, G, C), reunidas de três a três, formam 64 códons distintos, 61 correspondem aos 20 tipos de aminoácidos, os três códons restantes funcionam como pontuação, indicando o final da informação genética na molécula de RNAm.

O ribossomo encaixa-se em uma das extremidades do RNAm e o percorre até a outra extremidade. À medida que esse deslocamento ocorre, o RNAt com anticódon UAC, que transporta o aminoácido metionina, encaixa-se no Sítio P do ribossomo, emparelhando-se com o primeiro códon AUG do RNAm, e determina o início da cadeia polipeptídica. Ao lado do Sítio P localiza-se o Sítio A onde se aloja o segundo RNAt que será complementar ao segundo códon do RNAm trazendo outro aminoácido, logo o ribossomo catalisa a separação da metionina de seu RNAt, e ocorre a ligação imediata entre os aminoácidos. Em seguida o ribossomo desloca-se sobre o RNAm; o RNAt do Sítio P desprende-se do RNAm e do ribossomo; o RNAt do Sítio A passa para o Sítio P; enquanto chega outro RNAt e entra no Sítio A trazendo outro aminoácido. E vão encaixando os aminoácidos na sequência definida pela ordem dos códons do RNAm, assim que o ribossomo se desloca sobre o RNAm, a cadeia polipeptídica cresce. Quando o ribossomo chega a um códon de parada, isto é, aquele códon que não tem aminoácido correspondente, o Sítio A do ribossomo é ocupado por uma proteína denominada fator de liberação, e todos os participantes do processo separam-se e a cadeia polipeptídica é formada.

A informação genética inscrita na sequência de bases do RNAm vai sendo traduzida na sequência de aminoácidos da proteína.

Exercícios:a- Observe esta sequência molde de DNA e preencha a linha abaixo dos tripletos com a

sequência de nucleotídeos da molécula do RNA mensageiro transcrito.

b- Preencha a linha abaixo do RNA transcrito com a sequência de aminoácidos produzidos na tradução.

DNA RNA PROTEÍNA

3’ - TCT - CGC - TGC - AGC - CTT - TTA - TTC - TAT - CCA - 5’ 5’ - AGA - GCG - ACG - UCG - GAA - AAU - AAG - AUA - GGU - 3’ - Arg - Ala - Thr - Ser - Glu - Asn - Lys - Ile - Gly -

3’ - TCA - AAT - CTC - TTG - TCC - ATG - ATA - GTC - AGG - 5’ 5’ - AGU - UUA - GAG - AAC - AGG - UAC - UAU - CAG - UCC - 3’ - Ser - Leu - Glu - Asn - Arg - Tyr - Tyr - Gln - Ser -

DNA RNA PROTEÍNA

3’ - TCT - CGC - TGC - AGC - CTT - TTA - TTC - TAT - CCA - 5’

5’ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - 3’

- ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ -

3’ TCA - AAT - CTC - TTG - TCC - ATG - ATA - GTC - AGG - 5’

5’ ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - 3’

___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ -

c- Observe esta sequência de RNA mensageiro e preencha a linha acima dos tripletos com a sequência de nucleotídeos da molécula molde de DNA.

d- Preencha a linha abaixo do RNA transcrito com a sequência de aminoácidos produzidos na tradução.

DNA RNA PROTEÍNA

3’ - GTG - TCT - CGT - GAC - TCT - CAG - AGG - CGT - AGG - 5’ 5’ - CAC - AGA - GCA - CUG - AGA - GUC - UCC - GCA - UCC - 3’ - His - Arg - Ala - Leu - Arg - Val - Ser - Ala - Ser

3’ - TAG - AGG - AGC - AAA - TTA - ATA - TTT - GCA - GCA - 5’ 5’ - AUC - UCC - UCG - UUU - AAU - UAU - AAA - CGU - CGU - 3’ - Ile - Ser - Ser - Phe - Asn - Tyr - Lys - Arg - Arg -

DNA RNA PROTEÍNA

3’ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - 5’

5’ - CAC - AGA - GCA - CUG - AGA - GUC - UCC - GCA - UCC - 3’

- ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ -

3’ ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - 5’

5’ AUC - UCC - UCG - UUU - AAU - UAU - AAA - CGU - CGU - 3’

___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ - ___ -

2- ATIVIDADE 02: MAPEAMENTO E SEQUENCIAMENTO DO GENOMA HUMANO

Conforme vimos acima, as metas iniciais do Projeto Genoma Humano eram: determinar a sequência de todos os nucleotídeos e identificar todos os genes humanos dos 24 cromossomos do genoma, sendo 22 autossomos, além dos cromossomos sexuais X, Y.

A automação do sequenciamento nasceu das ideias de Lloyde Smith e Mike Hunkapiller e começou a ser desenvolvida no Laboratório de Lee Hood no Caltech.

Com a automação, a eficiência do processo de sequenciamento aumentou muito. Os géis foram descartados e substituídos por sistemas capilares de grande vazão, finíssimos tubos nos quais os fragmentos de DNA são separados em alta velocidade de acordo com o tamanho. Hoje essas máquinas conseguem sequenciar até meio milhão de pares de bases por dia (WATSON, 2005).

Em 1979, Walter Goad, um físico que trabalhava no Novo México, teve a idéia de produzir um banco de dados que conteria todas as sequências de DNA disponíveis. Hoje, o chamado de GenBank é mantido pelo NCBI, National Center for Biotechnology Information (SNUSTAD e SIMMONS, 2008).

No final de 1982 o GenBank continha 680.338 pares de nucleotídeos de sequências de DNA, mas ao final de 2004 ele continha mais de 44 bilhões de pares de nucleotídeos. Desde 1994 estas informações estão disponíveis grátis na internet (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/).

O visitante deste site pode explorar alguns de seus bancos de dados. Eles incluem os bancos de dados do PubMed, de DNA, de sequências de proteínas, estruturas macromoleculares tridimensionais, cromossomos e genes causadores de câncer, sequências expressas, polimorfismos de um só nucleotídeo, sequências genômicas inteiras e muito mais.

Exercícios:a- No laboratório de informática, faça uma pesquisa nos Bancos de Dados GenBank. A

partir da molécula molde de DNA produzida no exercício c da atividade 01, leve até o GenBank para procurar o gene ou o cromossomo correspondente.

b- Explore o ambiente encontrado no exercício acima e relate outras descobertas nos mapas gênicos.

Passo a passo para uma pesquisa no GenBank.• Internet. • Google.• Clique em MAIS.• Clique em TRADUTOR.• Ao abrir o quadro, digite o endereço: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/.• Clique em TRADUZIR.• Aparece o Home Page do NCBI em português.• Clique em BLAST no quadro à direita.• Ao abrir a nova página, clique em HUMANO no quadro à esquerda.• Na seção “Seqüências BLAST Humanos”, onde se localiza o espaço “Digite

sequência de consulta”.

• Digite ou cole, neste espaço, a sequência molde do DNA produzida no exercício c da atividade 01, para encontrar o gene ou o cromossomo correspondente.

• Clique em BLAST no final da página.• Aparece a página com os resultados da nossa pesquisa: “Nucleotide Sequence (n

letters)”, sendo “n” o número de bases que você colou ou digitou em sua pesquisa acima.

• Nesta página aparecem 3 quadros: 1- “Graphic Summary”, 2- “Descriptions”, 3- “Alignments”.

• Escolha e clique em um item da lista “Accession”, do quadro “Descriptions”. • Aparecem, em “Master Map: Contig”, os mapas com a localização da sequência

pesquisada no cromossomo a que ela pertence.• Ainda nesta página, no item “Summary of Maps”, clique em Download/View

Sequence/Evidence.• Em nova página, aparecem os dados da região do cromossomo que corresponde à sua

pesquisa. • Clique dentro do quadro no item DISPLAY.• Aparece a página com os dados do cromossomo e do seqüenciamento da região

selecionada do DNA referente àquela sequência que você digitou ou colou. 3- ATIVIDADE 03: EXPRESSÃO, REGULAÇÃO E SILENCIAMENTO DOS

GENES

Nos seres humanos apenas cerca de 1% do genoma codifica proteínas.

A expressão da informação genética de um organismo é produzida pelos efeitos combinados de todos os seus genes, que agem dentro de limitações impostas pelo ambiente (SNUSTAD e SIMMONS, 2008).

Os genes podem ser silenciados através de pequenos RNA não codificantes, chamados RNA de interferência, pois interferem na expressão dos genes. O RNAi faz pareamento com uma sequência específica da molécula de RNAm, uma vez pareados, o RNAi provoca a degradação ou interrompe a tradução do RNAm em polipeptídeo.

O RNAi é hoje usado como uma ferramenta de pesquisa, para analisar a função de genes em seres humanos. O RNAi pode ser injetado, servindo como tratamento de células ou organismos vivos; uma vez dentro das células ele é direcionado para o RNAm, que contém sequências complementares; e os RNAm alvos são geralmente degradados.

O chip gênico é uma placa de silicone, de apenas alguns centímetros quadrados. Chips de DNA com aproximadamente 23.000 genes humanos à disposição da comunidade de cientistas servem agora para estudar a nossa expressão gênica.

A capacidade de analisar a expressão de genomas inteiros acentuará a atual explosão de novas informações na biologia e acabará por proporcionar a compreensão do processo normal do desenvolvimento humano e das causas de pelo menos algumas doenças.

RNA mensageiro. RNA bifilamentar. RNA de interferência é um filamento simples. RNA mensageiro que será inativado.

RNA mensageiro

5’ - UUG - GGG - AAG - GGU - GUG - CGU - ACA - CGU - CUU - ACC - AGU - 3’

RNA Bifilamentar

5’ - UUG - GGG - AAG - 3’3’ - AAC - CCC - UUC - 5’

RNA de interferência

3’ - AAC - CCC - UUC - 5’

RNA mensageiro que será inativado.

5’ - UUG - GGG - AAG - GGU - GUG - CGU - ACA - CGU - CUU - ACC - AGU - 3’3’ - AAC - CCC - UUC - 5’

Exercícios:

A partir da molécula de RNA mensageiro (1), elabore um RNAi (3) que possa silenciar o RNAm.

a- Produza um segmento de RNA bifilamentar (2) em laboratório. Injete o RNA bifilamentar no indivíduo.

b- Dentro do indivíduo, o RNA bifilamentar perde um de seus filamentos, ficando um só filamento que se transforma em RNA de interferência (3).

c- O RNA de interferência liga-se ao RNA mensageiro promovendo a inativação e a degradação do RNA mensageiro (4).

1- RNA mensageiro

5’ - UUG - GGG - AAG - GGU - GUG - CGU - ACA - CGU - CUU - ACC - AGU - 3’

2- RNA Bifilamentar

5’ - UUG - GGG - AAG - 3’

3’ - ___ - ___ - ___ - 5’

3- RNA de interferência

3’ - ___ - ___ - ___ - 5’

4- RNA mensageiro que será inativado.

5’ - UUG - GGG - AAG - GGU - GUG - CGU - ACA - CGU - CUU - ACC - AGU - 3’

3’ - ___ - ___ - ___ - 5’

4- ATIVIDADE 04: IDENTIFICAÇÃO GENÔMICA

Teste de paternidade: As amostras de DNA para identificação genômica devem ser obtidas da mãe, da criança e dos possíveis pais. A metade do DNA da criança foi herdada do DNA da mãe e a outra metade foi herdada do pai. A identificação pode ser preparada a partir de pequenas quantidades de sangue, sêmem ou bulbos capilares.

Exercício:Carol está em dúvida sobre a paternidade de seu filho Jean. Para saber se o pai é Luis

ou José, Carol vai com ambos os prováveis pais, junto com Jean, até o laboratório coletar sangue para realizar o teste de paternidade.

Analise o resultado abaixo e indique qual deles é o pai de Jean.

Carol Jean Luis José

REFERÊNCIAS

AMABIS, J. M. MARTHO, G. R. BIOLOGIA. 2.ed. São Paulo: Editora Moderna, 2004.

AZEVÊDO, E. S. DESAFIOS DA BIOÉTICA NO SÉCULO XXI. Gazeta Médica da Bahia. Salvador, n.1, março, 2008. Disponível em: <http://www.gmbahia.ufba.br/index.php/gmbahia/article/view/237/0>. Acesso: 27 dez. 2010.

FONSECA, C. A certeza que pariu a dúvida: paternidade e DNA. Estudos Feministas. Florianópolis, n.2, janeiro, 2004. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ref/v12n2/23958.pdf > . Acesso: 03 jan.2011.

MENCK, C. F. M. A nova grande promessa da inovação em fármacos: RNA interferência saindo do laboratório para a clínica. Estudos Avançados, SciELO Brasil, São Paulo, n.70, setembro, 2010. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ea/v24n70/a07v2470.pdf> Acesso: 19 mar. 2011.

PARANÁ, SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO. Diretrizes Curriculares Estaduais - Biologia. Curitiba, 2008.

PENA, S. D. J. Medicina genômica personalizada aqui e agora. REVISTA MÉDICA DE MINAS GERAIS-RMMG, Belo Horizonte, n.3, agosto, 2010. Disponível em: <http://rmmg.medicina.ufmg.br/index.php/rmmg/article/viewFile/272/256>. Acesso: 19 mar. 2011.

SNUSTAD, D. P. SIMMONS, M. J. Fundamentos de GENÉTICA. Tradução: Paulo A. Motta. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

WATSON, James D. com BERRY, Andrew. DNA: O Segredo da Vida. Tradução: Carlos Afonso Malferrari. São Paulo: Companhia das Letras, 2005.