6 Anotação gênica

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6 Anotação gênica
Descrição
Estudo de dados biológicos abordando bancos de dados, anotação genômica e ciências ômicas.
Propósito
Conhecer os processos pelos quais os dados biológicos passam e onde é possível acessá-los é essencial para a ampla compreensão das informações biológicas e para a consulta de fontes confiáveis de pesquisa. Além disso, a partir do estudo das ciências ômicas o aluno estará atualizado em relação aos avanços científicos nesta área.
Objetivos Módulo 1 Banco de dados e anotação genômica Empregar bancos de dados biológicos para anotação genômica.
Módulo 2 Conceitos e aplicações das ciências ômicas Reconhecer os conceitos e aplicações das ciências ômicas.
Introdução
Você lidará frequentemente com dados biológicos, como, por exemplo, as sequências de aminoácidos, as estruturas tridimensionais de proteínas ou o esquema de uma via metabólica, ao desenvolver artigos científicos. É muito importante saber como podemos ter acesso a fontes confiáveis desses dados e como utilizá-los. Como a ciência está em constante evolução, novos tipos de dados são gerados proporcionalmente a esse avanço, e isto em larga escala.
Neste conteúdo você entenderá o que são bancos de dados biológicos e como esses dados são empregados, por exemplo, no processo de anotação genômica. Você também irá se atualizar quanto às novas tendências de geração de dados biológicos e como elas podem melhorar, e muito, nossa vida, ajudando no diagnóstico de doenças, em novos tratamentos e até na melhor qualidade de vida.
Banco de dados
Vivemos em uma sociedade que produz uma quantidade gigantesca de dados. O número dos seus documentos, suas fotos em redes sociais, seus e-mails, as palavras que você procura em aplicativos de busca, e as músicas que você escuta são exemplos de dados. Profissionais conhecidos como cientistas de dados são especializados em “cuidar” desses registros, desde o armazenamento, passando pela obtenção de informação, pelo conhecimento, pela visualização, até o descarte.
Provavelmente você já utilizou algum aplicativo de streaming ― tecnologia de transmissão de dados pela internet, principalmente áudio e vídeo, sem a necessidade de baixar o conteúdo para seu computador ou celular.
Esses aplicativos armazenam e reproduzem dados, além de utilizarem das análises realizadas pelos cientistas de dados para, por exemplo, sugerir a você um filme que provavelmente irá agradá-lo ou indicar qual estilo de música que você mais escutou em um respectivo ano.
Dados são fatos coletados que podem ser armazenados. A informação é o dado que estava armazenado e foi recuperado de acordo com algum interesse. Por fim, o conhecimento é gerado quando a informação é interpretada, quando novas conexões são feitas a partir de uma informação que já existia.
Exemplo
Imagine que eu tenha a sequência de aminoácidos de uma nova proteína e queira descobrir a estrutura tridimensional (3D) que ela irá assumir. Uma solução é encontrar uma proteína com a estrutura 3D já descrita que seja bem parecida com a minha nova proteína. A estrutura dessa proteína “antiga” é um dado que estava armazenado. A partir do meu interesse eu recuperei esse dado específico, e agora ele passa a ser a informação na qual irei me embasar para desvendar a estrutura da nova proteína, gerando conhecimento, algo novo.
Em bioinformática, os principais tipos de dados produzidos são:
1. Sequências de nucleotídeos e aminoácidos
2. Coordenadas de estrutura de proteínas
3. Anotações sobre a função biológica de moléculas
Uma vez que os dados são produzidos, eles precisam ser armazenados para serem revisitados quando necessários. Logo, bancos de dados são arquivos de computador que armazenam e organizam dados para que possam ser recuperados facilmente de acordo com diferentes critérios de busca.
Exemplo
Vamos pensar em um banco de dados de sequências nucleotídicas. Cada sequência nesse banco possui informações vinculadas, como sua descrição, um número de identificação próprio, o organismo do qual o DNA foi extraído, o tamanho da sequência em pares de bases, a ordem das bases nitrogenadas, dentre outras. Para gerar um banco de dados com todos esses registros são usados programas de computador.
Uma das formas de organizar os dados é a partir de arquivos de computador no formato tabular (tabelas). Esses programas armazenam as informações sobre cada sequência em diferentes tabelas. Uma das tabelas poderia ter o número de identificação e a descrição. Outra teria o número de identificação e os organismos dos quais o número foi obtido. E assim são organizadas várias tabelas com informações diferentes sobre um mesmo conjunto de sequências.
Cada informação ocupa uma posição (campo) específica na tabela, e ganha um índice, uma coordenada de localização. Os campos de diferentes tabelas estão conectados entre si, relacionados, de modo que seja possível identificar as conexões entre eles.
Os programas de computador, portanto, podem lidar com os dados de forma rápida e eficiente. Por meio deles você consegue, em segundos, acessar e visualizar todas as informações sobre determinada sequência que estão armazenadas em diferentes tabelas. Pode ser usado como critério de busca qualquer um dos campos relacionados a essa sequência, como seu número de identificação. Veja o exemplo a seguir.
Exemplo da organização de um banco de dados de forma tabular.
O primeiro banco de dados biológico foi criado por Margaret Dayhoff e por seus colaboradores. Ela é considerada uma das criadoras da bioinformática. Dayhoff foi PhD em Química quântica pela Universidade de Columbia, nos EUA, onde surgiu um dos primeiros laboratórios de computação do país. Combinando seus conhecimentos em Química com as ferramentas computacionais disponíveis, ela liderou um projeto no qual usava programas de computador para comparar sequências parciais de peptídeos e, assim, tentar montar proteínas completas.
Após publicar as sequências de algumas proteínas e as suas relações, Margaret quis reunir todas as sequências disponíveis a fim de que os pesquisadores pudessem ter acesso a esses dados mais facilmente. Ela começou a vasculhar registros em papel e a conferir as sequências que outros colegas já haviam descrito, contando com a ajuda de um computador para realizar essas verificações.
Após reunir a sequência de 65 proteínas em um computador, Dayhoff publicou a versão impressa desses dados no Atlas of Protein Sequence and Structure (Atlas de sequência e estrutura de proteínas), em 1965, como observado a seguir. Essa iniciativa deu início a uma revolução científica, que impulsionou a criação dos bancos de dados biológicos Protein Data Bank e GenBank em 1971 e em 1982, respectivamente, muito utilizados até os dias atuais e sobre os quais falaremos com detalhes mais adiante.
Registro da sequência de aminoácidos da proteína citocromo c, feita por Margaret Dayhoff em seu Atlas.
Classificação dos bancos de dados
Atualmente, existem muitos bancos de dados biológicos disponíveis e podemos diferenciá-los usando critérios como:
1 Disponibilidade de acesso
2 Conteúdo armazenado
3 Qualidade dos dados
Vamos falar sobre cada um deles?
Acesso
O acesso a um banco de dados on-line é a permissão de uso ou distribuição dos dados oferecida a qualquer pessoa com internet. Quanto a essa caraterística, os bancos podem ser classificados como:
Bancos de dados de acesso restrito limitam a capacidade do usuário de utilizar seus dados. Essas restrições podem ocorrer por diferentes motivos. Dentre eles estão a natureza da instituição responsável pelo banco (pública/privada) e a confidencialidade dos dados.
O Banco Nacional de Perfis Genéticos, criado em 2013 e coordenado pelo Ministério da Justiça e Segurança Pública do Brasil, é um exemplo de banco de dados com acesso restrito. É uma importante ferramenta que auxilia em investigações criminais, pois contém sequências de DNA relacionadas ao cometimento de crimes violentos e de abuso sexual, coletadas diretamente de condenados ou a partir de vestígios recuperados dos locais dos crimes. Em virtude de sua confidencialidade,apenas pessoas autorizadas podem ter acesso aos dados disponíveis nesse banco.
Acesso livre
Um dos princípios fundamentais da ciência é que os cientistas devem mostrar em detalhes os resultados de suas pesquisas e como chegaram a eles. Essa premissa de compartilhar informações permite o avanço mais rápido da ciência. Quanto mais dados disponíveis, maior será a chance de novas descobertas serem feitas. Considerando isso, os bancos mais relevantes para nós e que serão exemplificados ao longo desse estudo serão os bancos de dados biológicos de acesso livre, que não impõe restrições quanto ao uso e à distribuição dos dados armazenados.
O GenBank, um banco de dados do NIH (National Institutes of Health), equivalente ao Ministério da Saúde do Brasil, “se propõe a fornecer e incentivar o acesso dentro da comunidade científica às informações mais atualizadas e abrangentes sobre a sequência de DNA” (GenBank, 2021). Dessa forma, qualquer pessoa com acesso à internet pode ver as sequências disponíveis e analisá-las a partir das ferramentas do portal (por exemplo, a ferramenta BLAST), além de ser possível fazer o download das informações sobre as sequências pesquisadas.
Conteúdo
Considerando o conteúdo armazenado, os bancos de dados biológicos podem ser classificados como:
Bancos primários
Guardam dados brutos, que foram produzidos diretamente por experimentos em laboratório, na bancada. Esses dados são depositados diretamente pelos cientistas, e são fruto do sequenciamento de DNA ou de experimentos para identificar a estrutura 3D de moléculas biológicas.
Bancos secundários
Contêm dados originados de algum tipo de processamento de dados brutos. Esse processo pode ter sido feito por programas de computador ou por profissionais especializados. Programas de computador podem ser usados, por exemplo, para traduzir sequências de nucleotídeos em sequências de aminoácidos, além de sugerir uma função para proteínas. Em outros casos, cientistas podem revisar manualmente dados brutos, e indicar aqueles mais confiáveis. Bancos que armazenam os dados produzidos por esses dois exemplos – programas de computador ou profissionais especializados – são considerados secundários.
Bancos de dados especializados
São aqueles focados em um determinado interesse de pesquisa. Imagine que um banco só armazene dados biológicos relacionados ao vírus HIV. Pesquisadores que trabalham no desenvolvimento de vacinas, na busca por tratamentos, no entendimento da relação do vírus com o sistema imune, dentre outros muitos temas que envolvem o HIV, podem acessar esse banco para obter informações e gerar conhecimento.
Qualidade
A qualidade dos dados biológicos varia entre os diferentes bancos. Aqueles classificados como:
Bancos primários (não curado)
São considerados não curado pois contêm dados brutos, não passaram por uma inspeção de especialistas na área capazes de realizar a curadoria dos dados. “Pela etimologia, o termo curadoria, a partir de sua origem no latim curare, significa cuidar, zelar, tratar” (BARDIN, 2010, p. 138).”
Bancos secundários e especializados (curado)
São considerados curados pois contêm dados que passaram por algum processo de curadoria, o que agregou valor ao conteúdo disponibilizado. Alguns exemplos de “valores” agregados a dados primários pela curadoria incluem:
· descrição da função biológica, como o papel de uma determinada proteína na célula;
· localização do dado em relação a um processo mais complexo, por exemplo, dizendo em qual via metabólica uma determinada enzima participa;
· exclusão de dados redundantes, aqueles que trazem exatamente o mesmo tipo de informação;
· integração entre diferentes tipos de dados, disponibilizando sequência de nucleotídeos e de aminoácidos correspondentes, por exemplo;
· adição de informações obtidas a partir dos artigos em que os dados foram publicados e descritos.
A curadoria dos dados biológicos pode ser feita apenas por meio de computador ou de interferência humana. Existem programas de computador capazes de identificar o início e o fim de um gene dentro de uma longa sequência de nucleotídeos.
Outros comparam a sequência do gene recém-encontrado com outras já conhecidas e sugerem uma função. Porém, quando acontecem situações inesperadas para as quais o computador não foi treinado para lidar e identificar, a curadoria feita por máquinas gera erros.
A curadoria computacional ainda não substitui aquela feita por profissionais especialistas. A mente humana é a única capaz de ler artigos e de extrair os conhecimentos necessários; de inspecionar e corrigir erros e inconsistências gerados automaticamente pelas ferramentas computacionais; de interagir com pesquisadores e de ajudar no momento da submissão de dados ao banco, dentre muitas outras capacidades.
Atenção
A diferença na qualidade dos dados presentes nos bancos é muito relevante, e a escolha do banco ideal depende da aplicação que você pretende dar ao dado. Se você está padronizando um método ou testando uma ideia, pode ser mais interessante uma pequena quantidade de dados confiáveis. Em situações em que você deseja encontrar algum dado raro, ou em que é importante ter uma ideia geral, do todo, então bancos primários que tenham passado por uma curadoria simples são mais indicados.
Você pode encontrar diferentes classificações dos bancos de dados biológicos em outras referências bibliográficas, mas de forma geral elas vão sempre abordar os critérios que acabamos de ver: acesso, conteúdo e qualidade dos dados. A seguir, discutiremos exemplos, a fim de que os conceitos apresentados até aqui façam mais sentido para você.
Principais bancos de dados – funções e utilização
Bancos de dados primários
Podemos dividir o conteúdo dos bancos biológicos brutos em dois tipos principais:
· sequências de nucleotídeos;
· estruturas tridimensionais.
Todos os exemplos de bancos dos quais falaremos agora passaram por uma curadoria mínima, feita apenas por programas de computador de forma automatizada. Em todos eles o acesso aos dados é completamente livre, o usuário pode ler as informações, baixar para seu próprio computador e analisá-la da melhor forma para atender ao seu interesse específico.
Atenção
É importante lembrar que esses bancos são “alimentados” por pesquisadores do mundo todo. Os bancos em si não se responsabilizam por avaliar situações de patentes, direitos autorais ou outros direitos de propriedade intelectual dos dados que foram enviados. Portanto, no portal dos bancos você não vai encontrar comentários ou permissão irrestrita com relação ao uso, à cópia ou à distribuição das informações que eles contêm.
Chegou a hora de dar nome aos bancos!
Os principais bancos de sequências de nucleotídeos com o perfil apresentado nessa seção são os bancos de sequência mantidos pelo:
1. grading NCBI (National Center for Biotechnology Information)
2. grading ENA (European Nucleotide Archive) e EMBL (European Molecular Biology Laboratory)
3. grading DDBJ (DNA Data Bank of Japan)
Esses bancos colaboram entre si e estão conectados, mesmo sendo administrados por organizações diferentes. Juntos eles formam a Colaboração Internacional de Bancos de Dados de Sequências de Nucleotídeos (International Nucleotide Sequence Database Collaboration, INSDC). Isso significa que se você procurar por um determinado tipo de sequência no portal de qualquer um desses bancos terá acesso ao mesmo conjunto de dados.
Para fazer sua pesquisa basta acessar um site de busca, como o Google, e digitar a sigla do banco de dados (GenBank, NCBI, ENA e EMBL ou DDBJ). Um dos primeiros resultados já é o hiperlink que o direcionará para o portal do banco. Uma das formas de encontrar a sequência de nucleotídeos que você deseja é por meio do emprego de palavras-chave que estariam presentes na descrição daquela sequência.
Exemplo
O GenBank armazena sequências primárias de nucleotídeos enviadas ao NCBI por pesquisadores do mundo todo. Após passar pelo crivo de uma inspeção automática, feita somente por programas de computador, as sequências recebem um número de acesso exclusivo e sãoliberadas. Para ter acesso a essas sequências basta entrar na página inicial do banco de dados e digitar palavras, siglas ou outro tipo de texto que se relacione ao seu tema de interesse. Em seguida basta selecionar a opção “procurar” (search), para que a página com os resultados se abra.
Uma diferença importante entre os bancos de dados que compõe o INSDC é a forma como seus dados podem ser armazenados. O formato de um arquivo indica as regras de como o dado armazenado deve ser “escrito”, registrado. Em bancos de dados de sequências primárias, o formato FASTA está sempre disponível. Por outro lado, existe a opção de o usuário obter o dado em outro formato, que seja específico de determinado banco. Por exemplo, o GenBank é o nome dado a um tipo de formato de arquivo usado pelo NCBI (o mesmo nome de um dos seus bancos de dados), e o EMBL é o nome do formato exclusivo da organização que possui a mesma sigla (EMBL). A seguir, veremos os formatos disponíveis para a mesma sequência de nucleotídeos.
Formato EMBL
Formato FASTA
Formato GenBank
Vamos falar agora sobre dados brutos da estrutura tridimensional (3D) de moléculas biológicas. A estrutura 3D é o formato que uma molécula assume, depois que seus átomos estão interagindo entre si, de acordo com propriedades físicas e químicas.
Esse tipo de dado primário é obtido a partir de técnicas como cristalografia de raio-X, espectroscopia por RMN (Ressonância Magnética Nuclear) e microscopia eletrônica 3D. Podem passar por esse processo, principalmente, moléculas de proteínas, além de DNA e RNA.
Estrutura 3D da proteína hemoglobina.
Atenção
O Banco de Dados de Proteínas, PDB (Protein Data Bank), é o banco primário que centraliza as informações sobre estrutura 3D de moléculas biológicas. Ele é administrado pela Pesquisa Colaborativa para Bioinformática (Estrutural Research Collaboratory for Structural Bioinformatics, RCSB). Para você ter uma ideia da “soberania” de estruturas de proteínas no PDB, em agosto de 2021 existiam 158.145 submissões disponíveis de estruturas proteicas, enquanto que para DNA e RNA eram 2.094 e 1.555 estruturas, respectivamente.
Conhecer a estrutura 3D de uma molécula biológica é importante para entender com o que ela pode interagir e sua possível localização na célula. Essas características permitem compreender a sua função biológica.
A proteína hemoglobina, por exemplo, presente nas hemácias e responsável pelo transporte de oxigênio pelo corpo, regula a ligação e liberação dessa molécula de acordo com mudanças na sua estrutura.
As informações estruturais também são muito úteis nas pesquisas sobre a evolução. Você pode estudar duas proteínas que possuem uma história evolutiva em comum e não conseguir detectar esse “parentesco” pela comparação das sequências primárias de aminoácidos. No entanto, a estrutura ainda irá preservar semelhanças que comprovam a proximidade entre elas.
Para acessar os dados da estrutura 3D de moléculas biológicas, basta usar um portal de busca, como o Google, e digitar “PDB RCSB”. Um dos primeiros hiperlinks o levará para o portal do banco de dados. Na página inicial, você encontrará uma barra na parte superior, como mostrado na imagem a seguir, a qual você deverá preencher usando algum termo de pesquisa relacionado ao seu interesse. Uma opção é usar o nome da proteína, preferencialmente o termo em inglês.
Página inicial do PDB.
Por exemplo, você pode digitar collagen (colágeno) e em seguida clicar no símbolo da lupa. A página que se abre contém hiperlinks que vão levar para a página de diferentes estruturas dessa proteína. Para cada estrutura você tem acesso a informações como: hiperlink para o artigo onde foi publicada, detalhes sobre a metodologia usada obter a estrutura, dentre outros. O principal dado é o arquivo com a localização de cada átomo relativo aos demais na molécula: na parte superior existe a opção Download Files (Baixar Arquivos), ao clicar nela você deve escolher o formato PDB (PDB Format), como mostra a figura a seguir:
Informações sobre a estrutura de um registro da proteína colágeno.
O nome do formato desse arquivo (PDB) é o mesmo nome do banco de dados. Dentre outras informações, nele encontramos:
1 O nome da proteína
2 O nome do autor que realizou a submissão
3 Os detalhes do experimento
4 A estrutura secundária
5 Os cofatores
6 As coordenadas dos átomos
Veja a seguir um exemplo de arquivo em formato PDB das coordenadas atômicas.
Coordenadas atômicas de um arquivo no formato PDB.
Bancos de dados secundários
Quando começamos a falar sobre bancos de dados, diferenciamos dados, informação e conhecimento. A função dos bancos secundários é justamente agregar informação aos dados presentes nos bancos primários e assim gerar conhecimentos biológicos mais aprofundados.
A diferença entre os bancos secundários é o quanto os dados foram processados por programas de computadores e se houve presença do olhar clínico de um especialista validando essas informações. As organizações que mantêm esses bancos podem restringir algum tipo de informação processada, exigindo o pagamento de uma licença para o acesso integral aos dados, por exemplo. Vamos estudar agora dois desses bancos.
UniProtKB
O UniProtKB (UniProt Knowledgebase) é o principal banco de dados do consórcio Recurso Universal de Proteínas (Universal Protein Resource). Esse banco armazena um amplo conjunto de sequências primárias de proteínas e suas funções biológicas associadas. Ao acessá-lo e pesquisar sobre uma determinada proteína, você terá acesso a sequências de aminoácidos dessa biomolécula e saberá qual é o seu papel na célula. O UniProtKB é dividido em dois bancos menores:
TrEMBL
Contém dados da tradução (Tr) das proteínas obtidos automaticamente por programas de computador a partir de sequências de nucleotídeos EMBL, além de sua provável função. Nenhum dos dados é revisado por especialistas.
Swiss-Prot
Abrange dados sobre a sequência e função de proteínas obtidos a partir da literatura e produzidos por computador, seguidos pela curadoria manual de especialistas.
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Atenção
O UniProtKB é o principal banco usado quando os cientistas querem ter acesso a uma ampla coleção de proteínas. Você pode fazer isso buscando pelo nome do banco em portais de busca e usar o hiperlink que o levará até a página inicial.
Como mostrado a seguir, na página de entrada você encontra uma barra em que pode digitar termos para realizar a busca por proteínas. Outra opção de busca é a ferramenta de alinhamento BLAST, caso você deseje encontrar similaridade entre uma sequência de proteína de seu interesse com as proteínas armazenadas no UniProtKB.
Página inicial do UniProt.
Caso você tenha optado pela busca textual e digitado, por exemplo, “collagen”, o resultado será uma tabela com várias proteínas colágeno depositadas nesse banco, cada uma recebendo um código de identificação próprio (Entry). As informações sobre proteínas armazenadas no Swiss-Prot são mais confiáveis, visto que esse banco é revisado manualmente, mas se a busca for feita em todo o UniProtKB, aparecerá resultados tanto do Swiss-Prot quanto do TrEMBL.
Resultado da busca por “collagen” no UniProtKB.
Ao clicar em um desses códigos de identificação, será aberta uma página com muitas informações sobre aquela proteína, como:
· função;
· nomenclatura usada;
· localização na célula;
· associação com doenças;
· modificações pós-traducionais pelas quais a proteína possa passar;
· hiperlinks para estruturas 3D associadas.
KEGG
O último banco de dados que vamos abordar aqui será o KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Esse banco é bem completo, e apresenta diferentes tipos de dados, com o intuito de compreender a função e a utilidade dos sistemas biológicos. Apesar da abrangência atual do KEGG, ele é mais conhecido como um banco de vias metabólicas, pois esse foi o propósito da sua criação.
Página inicial do KEGG.
Os dados iniciais utilizados pelo KEGG são principalmente sequências genômicas, que depois passam por uma série de análises realizadas por diferentes programas de computadore por profissionais especialistas. Todos os dados produzidos são então organizados e disponibilizados. Veja, a seguir, alguns exemplos de coleções de dados que podemos encontrar nesse banco:
KEGG Pathway
Esquemas manualmente projetados para representar a interação entre moléculas, como, por exemplo, vias metabólicas.
Esquema via metabólica da galactose disponível no KEGG Pathmay
KEGG Orthology
Coleção de genes ortólogos, em que genes e proteínas experimentalmente caracterizados em organismos específicos são usados para atribuir genes ortólogos em outros organismos com base na similaridade de sequência. Genes ditos ortólogos são encontrados em espécies diferentes, mas possuem uma história evolutiva em comum e tendem a compartilhar a mesma função.
Captura de tela do resultado da busca usando o termo “lactase” no KEGG Orthology.
KEGG Enzyme
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Implementa um sistema oficial de identificação de enzimas chamado de Enzyme Commission number (EC number), usado para identificar enzimas a partir de números relacionados às reações químicas das quais elas participam.
Captura de tela do resultado da busca usando o termo “lactase” no KEGG Enzyme.
Outros repositórios que podemos encontrar no KEGG tratam de dados como doenças, pequenas moléculas, relações entre doenças, drogas, dentre outros.
Além de dados, no portal do KEGG estão implementadas ferramentas computacionais que permitem que o usuário faça análises variadas. Você pode, por exemplo, usar o KEGG Mapper para observar onde uma proteína que você esteja estudando se encontra dentro de alguma das vias metabólicas armazenadas no KEGG Pathway.
Usando um site de busca, como o Google, você digita o termo “KEGG” e um dos primeiros hiperlinks o levará ao portal desse banco de dados. Já na página inicial, é possível buscar por uma proteína de seu interesse por meio de termos relacionadas a ela, como seu nome. Ao digitar “lactase” na barra da página inicial e clicar em “Procurar” (Search), diferentes dados armazenados nas coleções do KEGG são mostrados. Para saber mais sobre eles, basta clicar no número de identificação em azul, e uma próxima página com mais detalhes se abre.
Resultados associados ao registro da proteína “lactase” no KEGG.
Vamos falar agora de como associar os detalhes sobre a função de proteínas aos dados de sequências de nucleotídeos obtidas por sequenciamento.
Anotação genômica
A anotação de genomas identifica regiões funcionais ou de relevância biológica, agregando informações ao DNA sequenciado. Esse processo é realizado depois que a ordem dos nucleotídeos a partir do sequenciamento total do DNA de um organismo já foi determinada.
As características biológicas que podem ser identificadas em um genoma pelo processo de anotação são principalmente genes, mas também é possível encontrar as regiões regulatórias, a origem de replicação do DNA, os promotores, dentre outras estruturas.
Imagine a anotação do genoma como a leitura de um texto em um idioma que você não conhece. A cada palavra você vai precisar usar um dicionário para descobrir seu significado em português. Feito isso, é provável que você faça pequenas anotações sobre os significados em um papel durante a leitura. Da próxima vez que você ou qualquer outra pessoa utilizar esse papel para a leitura do texto, vai compreendê-lo sem precisar refazer as traduções. A anotação genômica pode ser dividida em duas etapas:
1 Predição gênica
É a etapa na qual se busca onde estão os genes ao longo da sequência do DNA total.
2 Anotação funcional
Visa descrever a função biológica da proteína codificada por aquele determinado gene.
No exemplo do texto em outro idioma você já sabia o início e o fim de cada palavra, pois existia um espaço entre elas. O genoma sequenciado é como um “texto corrido”, sem espaço entre as bases nitrogenadas. Por isso, é necessária a etapa de predição de genes, antes de entender o que eles “significam” para o organismo estudado.
Predição gênica
Prever um gene é encontrar as bases nitrogenadas que marcam o início o fim dessa região do DNA. É importante recordarmos que a sequência de bases nitrogenadas de um gene guarda informações para:
1. RNAs mensageiros
2. RNAs transportadores
3. RNAs ribossômicos
4. Pequenos RNAs regulatórios
Neste conteúdo, discutiremos como podemos predizer genes que determinam a sequência de aminoácidos em uma proteína (genes para RNAs mensageiros), também chamados de sequências codificadoras de proteínas (CDS, CoDing Sequence).
Existem diferentes programas de computador usados para a predição de genes ao longo de uma sequência de DNA. As estratégias usadas por essas ferramentas são variadas, e iremos apresentar alguns exemplos.
A forma mais intuitiva de encontrar um gene codificador de proteína é localizar os códons de início e de parada. Se você estudou a tradução de proteínas deve ter visto sobre o código genético: conjunto de códons de três bases nitrogenadas correspondentes a aminoácidos específicos. Dentre esses códons existem dois tipos especiais:
Códon de início
É sempre o primeiro códon a ser traduzido.
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Códons de parada (stop)
Determinam o fim do processo de tradução.
Tabela do código genético com as bases nitrogenadas do DNA.
Sabendo disso, os programadores desenvolveram ferramentas que encontram seguimentos de DNA que comecem com o códon de início (ATG) e terminem com algum dos códons de parada (TAA, TAG ou ATA). Esses segmentos são prováveis genes, também chamados de “fase de leitura aberta” (Open Reading Frame, ORF). O critério de escolha caso as ORFs estejam sobrepostas é sempre pela mais longa.
Genoma total do vírus SARS-CoV-2. As barras marrons representam os genes preditos (ORFs).
O código genético é universal, portanto, programas para predição gênica de procariotos e eucariotos podem usar o “sinal” dos códons de início e de parada. Por outro lado, esses dois grupos de seres vivos possuem diferenças quanto à organização de seus genes no genoma, então “sinais” específicos para cada grupo são adotados durante a predição.
Exemplo
São as sequências no DNA que serão transcritas e usadas para adesão dos ribossomos ao RNA mensageiro. Em procariotos, essa sequência é chamada de sequência de Shine-Dalgarno ou RBS (Ribosome Binding Site), e costuma incluir a sequência AGGAGGT (DNA). Já em eucariotos os ribossomos se ligam em regiões chamadas de sequência de Kozak, o que inclui a sequência CCGCCATGG (DNA).
Muitas outras diferenças podem ser destacadas comparando a organização genética entre esses grupos, como:
· a transcrição de genes diferentes em um único RNA mensageiro nos procariotos (RNAm policistrônico);
· a presença de íntrons e ocorrência de splicing nos eucariotos;
· a diferença na densidade de genes ao longo do DNA (os genes estão mais “espaçados” nos eucariotos).
Por isso, existem programas de computador que são específicos para predição de procariotos ou de eucariotos. Nas figuras a seguir, vemos as diferenças entre a organização gênica de:
Organização gênica de procariotos
Organização gênica de eucariotos
Anotação funcional
O processo de anotação funcional consiste na atribuição de função aos genes codificadores de proteínas. Após identificar os possíveis genes e suas respectivas sequências proteicas, a estratégia adotada para anotação funcional é a comparação com as sequências disponíveis em bancos de dados biológicos.
Atenção
Bancos de sequências costumam implementar em seus portais ferramentas de alinhamento, como o BLAST, e isso permite que o usuário possa buscar dados usando sequências biológicas como “pergunta”. A sequência pergunta será, então, comparada às sequências conhecidas e confiáveis de um banco de dados.
Voltando para a analogia de comparar a anotação funcional à busca pelo significado de uma palavra desconhecida, você só vai realmente saber o que a palavra significa se encontrar no dicionário exatamente a mesma palavra, comparando letra por letra.
A etapa de anotação funcional pode confirmar os resultados da predição gênica. Caso você encontre no banco de dados uma sequência de referência bastantesimilar à sua sequência de interesse, é possível descrever a função do seu gene com base na função descrita para a referência.
Você se lembra dos bancos de dados secundários que discutimos agora há pouco?
Relembrando
Eles são muito usados na etapa de anotação funcional. Você pode reproduzir os dados curados presentes no UniProtKB/Swiss-Prot e no KEGG para descrever a função dos genes que você está estudando. Além da função biológica, informações como vias metabólicas e localização subcelular das proteínas codificadas fornecem uma visão geral das características bioquímicas do genoma, que podem estar relacionadas aos caracteres detectáveis de uma espécie.
Suponha que você está estudando um organismo com genoma recém-sequenciado. A partir do alinhamento de sequência no UniProtKB/Swiss-Prot, a tradução de um dos seus genes é 99% idêntica à uma proteína com a função de "transferência fotossintética de elétrons C". No KEGG, é possível observar que essa função está inserida no metabolismo da fotossíntese, e assim você pode sugerir que seu organismo de interesse é autotrófico, isto é, capaz de transformar gás carbônico em glicose e oxigênio.
Atenção
Um critério comumente adotado para que possa ocorrer a “cópia” da função da proteína do banco de dados para a sua proteína de interesse é o valor de similaridade igual ou maior que 70%. É possível que ao realizar a busca por sequências similares você não encontre nenhum resultado aceitável segundo esse critério. Se isso acontecer, você irá anotar sua proteína como hipotética ou predita.
Uma proteína hipotética é aquela cuja respectiva sequência tem todas as características de uma região codificadora, detectada na etapa de predição gênica. Porém, nenhuma referência suficientemente similar foi encontrada no banco de dados durante a anotação funcional. Nesse caso, a segunda etapa da anotação genômica não confirma o que foi encontrado na primeira.
Observe o fluxo de informação a seguir.
Fluxo de ideias da anotação genômica.
As informações obtidas durante a anotação funcional podem ser guardadas em arquivos com formatos específicos. Um exemplo de arquivo que contém informações da anotação genômica é o GenBank (mesmo nome do banco de dados presente no NCBI), como observado na imagem a seguir. No arquivo GenBank encontramos as coordenadas de cada uma das características anotadas ao longo da sequência de DNA.
Parte de um arquivo no formato GenBank, gerado pela plataforma NCBI.
Exemplo
Ao observar um arquivo anotado de um plasmídeo bacteriano, você pode encontrar que entre as bases nitrogenadas 2.652 e 3.532 está presente o gene kpc. Sobre esse gene também podem estar registradas informações como o seu produto ou proteína correspondente (no caso, a enzima KPC que destrói antibióticos), o código de acesso para o registro da proteína em outro banco de dados e a sequência traduzida de aminoácidos.
Anotação genômica utilizando bancos de dados biológicos
Neste vídeo, a especialista Melise Chaves Silveira mostra as etapas de anotação genômica, utilizando bancos secundários na etapa de anotação funcional.
Questão 1 Biólogos estruturais usam métodos como cristalografia de raios-X, espectroscopia de ressonância magnética nuclear e microscopia crioeletrônica para determinar a localização de cada átomo em relação aos outros na molécula de proteína. Em seguida, eles depositam esses dados brutos em forma de arquivo com as coordenadas dos átomos em um banco de dados biológico. Um banco de dados biológico que armazena a informação descrita no enunciado é classificado como:
A Curado.
B Especializado.
C De acesso restrito.
D Secundário.
E Primário. X
Questão 2 Para compreender a complexidade de um organismo podemos usar técnicas de biologia molecular aliadas a ferramentas de bioinformática. Sobre essa abordagem, escolha a sequência que representa a ordem correta das etapas que devem ser realizadas do início ao final do processo.
A Extração do DNA -> sequenciamento genômico -> predição gênica -> anotação funcional.
B Sequenciamento genômico -> predição gênica -> anotação funcional -> extração do DNA.
C Extração do DNA -> predição gênica -> sequenciamento genômico -> anotação funcional.
D Predição gênica -> extração do DNA -> anotação funcional -> sequenciamento genômico.
E Extração do DNA -> sequenciamento genômico -> anotação funcional -> predição gênica. X
2 Introdução às ciências ômicas
A matéria-prima do trabalho da bioinformática são os dados biológicos. Em relação a esses dados, os esforços dos profissionais especializados nessa área são voltados para:
1Organizar
2Armazenar
3Analisar
4Visualizar
5Interpretar
Um grande avanço da bioinformática aconteceu durante a execução do Projeto Genoma Humano, que durou mais de 10 anos e teve como objetivo principal determinar a ordem dos nucleotídeos de todo genoma da nossa espécie. Essa empreitada científica estimulou o aprimoramento de computadores e de programas para lidar com a grande quantidade de dados que começou a ser gerada.
Ter acesso às sequências de nucleotídeos de todo o DNA de um organismo é fantástico, e estudá-las trouxe respostas para questões importantes. Hoje conhecemos a “cartilha” que as células seguem para gerar todas as características de um indivíduo. No entanto, essa “cartilha” deixa no ar perguntas que surgiram a partir dos estudos do genoma.
1. O que diferencia a célula da pele e o neurônio de um mesmo indivíduo se a sequência do DNA é igual?
2. Como o homem e o chimpanzé são fenotipicamente tão distintos se 99% de seu DNA são idênticos?
3. Por que gêmeos univitelinos, formados a partir do mesmo zigoto, manifestam características físicas diferentes?
Resposta
A resposta para essas perguntas está nas outras moléculas biológicas presentes na célula, como RNAs, proteínas e metabólitos. Hoje vivemos o que é chamado de “era pós-genômica”, com o desenvolvimento e o aperfeiçoamento de técnicas e de programas que nos permitem estudar outras ciências ômicas.
Principais conceitos das ciências ômicas
O termo “ômica” se refere à análise global de um determinado tipo de informação biológica. Veja a seguir alguns exemplos de ciências ômicas:
Genômica
Chamamos de genômica a análise completa de todo o DNA de um organismo, também chamado de genoma. Essa mesma lógica segue para os demais tipos de informação, e daí surgiram termos como transcriptômica, proteômica e metabolômica.
Transcriptômica
Após compreender que o DNA guarda todas as informações hereditárias de um organismo, é importante lembrar que a expressão dessa informação é regulada pelas condições do meio onde a célula está inserida. O produto da expressão dos genes no DNA são os transcritos, moléculas de RNAs. A transcriptômica tem como alvo o conjunto de RNAs produzidos por uma célula sob determinadas condições. Na prática, o RNA mensageiro é o tipo de RNA mais estudado aqui.
Proteômica
Quando desejamos uma abordagem mais direta para compreender as funções celulares é indicado estudar o conjunto de proteínas. São elas que efetivamente “trabalham duro” na célula, realizando transporte de moléculas, catalisando reações químicas, recebendo mensagens, formando estruturas e desempenhando muitas outras funções. A proteômica é o estudo do conjunto de proteínas produzidos por uma célula num dado momento.
Metabolômica
Os produtos intermediários ou finais das reações químicas que acontecem numa célula são chamados de metabólitos. Em geral, quando falamos do metaboloma, estamos nos referindo a moléculas pequenas, de baixa massa molecular, como aminoácidos, nucleotídeos, ácidos biliares, ácidos graxos e hormônios. O termo metabolômica abrange o estudo dos metabólitos de uma célula sob determinadas perturbações.
Veja na imagem a seguir a relação entre as ciências.
Relação entre as ciências ômicas.
Novas áreas ômicas surgem a todo momento, com o aumento da especificidade dos estudos biomédicos. Já existe, por exemplo:
Farmacogenômica Com objetivo de determinar alterações genéticas responsáveis pela resposta dos pacientes a medicamentos.
Lipidômica Avalia o perfil delipídeos da célula.
Toxicogenômica Estuda a resposta do organismo a determinadas substâncias.
Técnicas utilizadas
Os dados brutos processados pelos programas de computador são obtidos a partir de técnicas experimentais. Cada área ômica foca em um tipo de dado. Portanto, as técnicas usadas não serão as mesmas. Veja as abordagens mais utilizadas em cada área.
Dados genômicos são obtidos a partir do sequenciamento de DNA. A primeira técnica amplamente utilizada para esse propósito foi o sequenciamento de Sanger. Essa estratégia permite que regiões do DNA, em torno de 1.000 pares de bases, sejam sequenciadas. É possível sequenciar o genoma total de um organismo a partir do sequenciamento de Sanger, porém o processo é muito trabalhoso e envolve outras técnicas, como clonagem usando plasmídeos bacterianos.
Método de sequenciamento de Sanger.
A genômica evoluiu muito mais rápido com o surgimento dos sequenciadores de nova geração. Esses aparelhos permitem fazer a leitura da ordem dos nucleotídeos de vários fragmentos de DNA ao mesmo tempo. No final do processo, o resultado é um arquivo com todas as leituras da sua amostra. Existem diferentes tecnologias de sequenciamento de nova geração, que buscam a precisão dos resultados e o barateamento do custo total.
Exemplo
Imagine uma versão gratuita e outra paga de um aplicativo que faça tradução de textos. Na versão gratuita, você só pode traduzir uma página por dia, mas na paga você pode colocar o livro inteiro de uma vez e ele vai devolver todas as páginas traduzidas em um único dia. Nessa analogia, o sequenciamento de Sanger seria a versão gratuita, e os sequenciadores de nova geração, a versão paga.
Para estudar o conjunto de transcritos de uma célula podemos usar as mesmas técnicas de sequenciamento de DNA. No entanto, é necessário um passo muito importante antes de iniciar o sequenciamento: transformar as moléculas de RNA em seu DNA complementar (cDNA).
Como esse procedimento de transformar as moléculas de RNA em seu DNA complementar seria realizado?
Esse procedimento é realizado usando-se uma enzima bem famosa na biologia molecular, a transcriptase reversa. Essa enzima é capaz de realizar a transcrição ao avesso, usando moldes de RNA para produzir seu DNA correspondente. Isso é feito a partir da complementaridade das bases nitrogenadas, ou seja, se a ordem de nucleotídeos do RNA é AUGA, o seu DNA complementar será TACT. Além do sequenciamento, outra técnica que permite estudar o RNA é o microarranjo. Nessa técnica continua sendo necessário sintetizar os cDNA, pois o RNA é uma molécula muito frágil e instável.
A ideia geral do microarranjo é usar uma lâmina de vidro com pequenos segmentos de DNA aderidos, chamados de sondas. Também é necessário que os cDNAs da amostra a ser estudada estejam marcados com corantes fluorescentes. O profissional que estiver “montando” a lâmina deverá saber exatamente a sequência das sondas de DNAs, que vão funcionar como um “ímã”, atraindo sequências de cDNA correspondentes. Por exemplo, se uma sonda tem a sequência TGAG, o cDNA que se ligará a ela será ACTC. No final, um aparelho detecta as posições fluorescentes da lâmina, e o profissional descobre para quais sondas os cDNA foram complementares. Veja a seguir o esquema da análise de microarranjo.
Esquema da análise de microarranjo.
Até aqui estávamos falando da análise de ácidos nucleicos: DNA e RNA. Para estudar o proteoma, precisamos de outra abordagem, uma vez que ácidos nucleicos são constituídos de nucleotídeos, enquanto proteínas são formadas pela união de aminoácidos.
A primeira técnica que vamos comentar é a eletroforese bidimensional em gel de poliacrilamida (2D-PAGE). Nessa abordagem, as proteínas purificadas a partir de uma amostra são separadas de acordo com duas propriedades químicas:
Potencial isoelétrico
Massa molecular
Comentário
Por isso, o gel é bidimensional, pois o movimento das proteínas é estimulado em duas direções.
Milhares de proteínas podem ser separadas simultaneamente por essa técnica. Isso é possível, pois ― desde que as proteínas tenham potenciais isoelétricos e/ou tamanhos diferentes ― elas estarão localizadas em posições diferentes do gel no final do experimento.
A foto final do gel pode ser analisada por programas de computador, que são capazes de detectar a “mancha” de cada proteína, quantificá-la de acordo com suas dimensões, além de comparar diferentes géis e armazená-los em bancos de dados de 2D-PAGE. Dessa forma, é possível, por exemplo, identificar alterações na produção de proteínas entre duas ou mais condições experimentais diferentes.
Atenção
Se nessa comparação alguma “mancha” específica chamar sua atenção, podendo ser uma proteína-chave para sua pesquisa proteômica, você pode caracterizá-la com mais detalhes. É possível cortar essa “mancha” no gel e depois digeri-la com uma enzima específica, que quebra a proteína em pedaços menores.
A mistura de peptídeos (pequenas sequências de aminoácidos) pode ser analisada por Espectrometria de Massas (MS), como mostrado na imagem a seguir. Ela é utilizada para obter a massa molecular dos peptídeos gerados pela digestão enzimática.
Esquema da Espectrometria de Massas.
Resumindo
Primeiro os fragmentos proteicos são carregados com íons positivos, e depois são “empurrados” para um tubo com campo magnético. Peptídeos menores sofrem maiores desvios se comparados aos maiores, e assim pode ser determinada a massa de cada um. Os valores obtidos podem, então, ser comparados em um banco de dados específico para essa técnica, e assim determinar qual é a sua proteína de interesse.
Existem muito mais bancos de dados biológicos do que você imagina! Falando resumidamente de proteômica citamos dois tipos. A comparação do resultado final do 2D-PAGE e da MS contra registros em bancos de dados exemplifica como a bioinformática está inserida nas análises proteômicas.
A diversidade química dos metabólitos é milhares de vezes maior que a de DNAs, RNAs ou proteínas. Ácidos nucleicos são formados apenas por nucleotídeos, e proteínas são sequências de aminoácidos. Quando estamos falando de metabólitos, o estudo se torna mais desafiador.
A complexidade dos metabólitos produzidos por uma célula sob determinada condição é muito grande, uma vez que eles possuem uma grande diversidade química e estão em concentrações diferentes. O preparo da amostra depende do seu tipo e de que técnicas serão usadas para análise.
As amostras podem ter consistência diferentes (sólida, semissólida ou líquida); é possível realizar uma análise global ou focada em um grupo específico de metabólitos (só lipídeos, por exemplo); e as técnicas utilizadas podem ser, principalmente, variações da espectrometria de massas e ressonância magnética nuclear.
Análises metabolômicas geram grande quantidade e complexidade de dados. Variadas ferramentas computacionais e estatísticas são necessárias para produzir informação e conhecimento nesse campo. Nosso próximo passo agora será discutir que tipo de resultado todo esse trabalho de análises ômicas pode gerar.
Técnicas aplicadas nas ciências ômicas
Neste vídeo, a especialista Melise Chaves Silveira revisa os conceitos das principais técnicas usadas parar gerar dados ômicos.
Aplicações das ciências ômicas
Veja quatro exemplos reais de contribuição efetiva das ciências ômicas.
Caso 1
O primeiro deles é o caso dos gêmeos Noah e Alexis Beery. Com 13 anos de idade Alexis Beery desenvolveu um problema respiratório muito preocupante. Ela tossia tão forte que chegava a vomitar, e era necessário administrar adrenalina para que ela conseguisse continuar respirando.
Quando tinham 5 anos, os gêmeos foram diagnosticados com um distúrbio genético chamado “distonia responsiva à dopamina”, que causava movimentos anormais como dificuldade de andar e tremor postural que varia durante o dia. Eles tomavam precursores de dopamina e reagiam bem ao tratamento, por isso quando Alexis manifestou os problemas respiratórios os médicos não suspeitaram que poderia ter alguma relação. O pai dos gêmeos trabalhava em uma empresade tecnologia naquele período, por volta de 2011. Com os conhecimentos prévios que a família tinha, eles insistiram para que o genoma total dos filhos fosse sequenciado.
Foi a partir dos resultados do sequenciamento total, usando um sequenciador de nova geração, que uma mutação específica no gene SPR foi identificada. Esse gene codifica a enzima sepiapterina redutase, uma enzima que participa na biossíntese de um cofator importante para atividade da enzima que sintetiza os neurotransmissores dopamina e serotonina. A mutação no gene impede a produção desses neurotransmissores e leva ao desenvolvimento da doença. Assim, como eles já tomavam o precursor da dopamina, após esse resultado os médicos administraram o precursor da serotonina. Um mês após o início do tratamento os sintomas respiratórios de Alexis desapareceram!
Além da detecção de mutações associadas a doenças genéticas raras, as análises genômicas possibilitam determinar marcadores genéticos que diferenciem indivíduos ou populações, descobrir genes exclusivos de determinadas espécies, sugerir relações de ancestralidade entre genes, dentre outras importantes contribuições.
Caso 2
Relembrando
As análises transcriptômicas dizem respeito ao estado da célula em um determinado momento, sob certas condições. Isso é possível devido ao fato de muitos genes terem sua expressão controlada. A célula possui mecanismos para “ligar” ou “desligar” os genes: quando estão ligados, RNAs são transcritos a partir deles, mas, quando desligados, não ocorre produção dos RNAs correspondentes.
A maior parte das mortes entre pacientes que desenvolvem câncer de mama ocorre devido à metástase, sendo os pulmões um dos principais sítios desse processo. Cientes disso, pesquisadores da Universidade de Tel Aviv, em Israel, começaram a buscar por moléculas biológicas que pudessem indicar muito precocemente a metástase do câncer de mama no tecido pulmonar, para que ela pudesse ser evitada.
A estratégia usada foi o estudo do transcriptoma. As células alvo-foram os fibroblastos do pulmão de camundongos, e as amostras foram divididas em grupos:
· fibroblastos de camundongos saudáveis;
· fibroblastos de camundongos com micrometástase;
· fibroblastos com grandes metástases.
Camundongos de laboratório.
O conjunto de todo RNAm dessas células foi obtido, transformado em cDNA e em seguida sequenciado por tecnologias de nova geração. As análises comparativas do transcriptoma de cada grupo de fibroblastos identificaram Myc como um regulador central da reconfiguração de fibroblastos em situação de metástase. Descobriu-se que o aumento da transcrição desse gene está associado ao avanço da doença.
Resumindo
Os resultados dessa pesquisa foram divulgados em 2021, e os pesquisadores esperam usar suas descobertas para auxiliar no diagnóstico do processo metastático de câncer de mama humano, antes mesmo que as células metastáticas se estabeleçam nos órgãos-alvo. Com a detecção precoce, medidas profiláticas poderiam ser tomadas a tempo de evitar a metástase. Torcemos para que essa descoberta possa em breve salvar a vida de milhares de pessoas no mundo todo, não é mesmo?
Caso 3
O estudo da proteômica contribui ainda mais para entendermos o estado da célula. Transcriptoma e proteoma não são redundantes, mas oferecem tipos diferentes de informações. Os RNAs podem ser editados por splicing alternativo e, por modificações pós-transcricionais, as proteínas também podem sofrer modificações logo após serem traduzidas, além da possibilidade de interagirem com outras proteínas. Só com o RNA não é possível prever as proteínas que serão produzidas pela célula. Portanto, é preciso detectar diretamente o proteoma.
Um estudo do conjunto de proteínas presentes no sangue de pacientes com Covid-19 verificou que a proteína OAS1 está presente em grandes quantidades em pacientes com a forma mais branda da doença. Os pesquisadores do Canadá que desenvolveram essa pesquisa e a publicaram em 2021 sugerem que essa proteína tenha um efeito protetor contra a doença.
A partir dos resultados dessa análise proteômica, os cientistas propõem que drogas que impulsionem a produção de OAS1 devem ser testadas como tratamento da Covid-19. Já existem moléculas em fase de testes clínicos que aumentam os níveis de uma proteína bem parecida, a OAS151. Essas moléculas poderiam ser otimizadas, por exemplo.
Atenção
A vacinação é muitíssimo importante como medida preventiva, mas a busca por formas de tratamento de pacientes já doentes também é essencial para diminuir ainda mais a mortalidade dessa doença pelo mundo.
Estudos proteômicos tornam possível responder perguntas sobre “como, onde, quando e por que” proteínas são produzidas. São análises amplas, envolvendo a identificação e quantificação das proteínas, a sua localização celular e a determinação de modificações, interações e funções.
Caso 4
A metabolômica, área ômica que estuda todo conjunto de metabólitos produzidos pelas células, permitiu constatar que exercícios físicos aeróbicos podem prevenir o aparecimento da doença de Alzheimer em adultos de meia-idade.
Pesquisadores dos EUA, em trabalho publicado em 2021, usaram amostras de sangue de adultos sem sintomas de Alzheimer, mas com risco familiar e genético. Os voluntários realizaram 26 semanas de exercício supervisionado, divididos em dois grupos: atividade física usual e atividade física intensificada.
Comparando as amostras de sangue antes e ao final do período de atividades, os níveis do biomarcador de memória catepsina mioquina B (CTSB) aumentaram no grupo de voluntários sob atividade intensa. Além disso, analisando a função cognitiva desses voluntários, o aumento de CTSB estava associado ao aumento dessa habilidade.
Saiba mais
Outro resultado importante foi que o exercício físico alterou positivamente metabólitos lipídicos associados a doença de Alzheimer, o que pode oferecer um efeito protetor aos neurônios. Esse estudo mostra como a metabolômica pode auxiliar na identificação de moléculas que ajudem a acompanhar o estado de saúde dos indivíduos. Essa área ômica é uma ferramenta fundamental no diagnóstico, prognóstico e tratamento de doenças e na compreensão de outras condições específicas do organismo.
Questão 1 Estudar em larga escala um conjunto de moléculas com o objetivo de entender mecanismos celulares é uma estratégia muito usada atualmente na pesquisa. Nesse contexto, diferencie um estudo genômico de um estudo metabolômico quanto ao tipo de molécula estudada.
A A genômica estudo todo conteúdo de DNA, enquanto a metabolômica abrange o estudo de metabólitos.X 
B Estudo genômico é aquele que analisa todos os RNAs, já a metabolômica aborda os metabólitos.
C O genoma, ou seja, todo conteúdo de DNA, é o alvo da genômica. Enquanto isso, a metabolômica tem como alvo os RNAs.
D O conjunto de DNAs é estudado pela genômica, e os conjuntos de proteínas são alvo da metabolômica.
E Todo conjunto de RNAs e DNAs são o alvo da genômica, por outro lado, metabólitos e proteínas totais são o objeto de estudo da metabolômica.
Questão 2 A transcriptômica é o estudo do conjunto completo de transcrito de um dado organismo, órgão, tecido ou linhagem celular. Podemos saber a sequência de todo conjunto de RNAs extraído de um determinado tecido utilizando qual das técnicas seguintes?
A Eletroforese bidimensional em gel de poliacrilamida.
B Espectrometria de massas.
C Ressonância magnética nuclear.
D Microarranjo. X
E Cristalografia de raio-X.
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