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house-keeping) são altamente conservados e estão presentes nos mais diversos 
genomas com poucas alterações. Praticamente todos os genes house-keeping de 
um novo genoma sequenciado podem ser identificados através de comparações de 
sequências com genes já conhecidos em genomas previamente sequenciados.
Vale notar, entretanto, que para toda espécie sequenciada, normalmente se 
descobre uma determinada quantidade de genes que não apresentavam nenhuma 
Figura 8. Relação figurativa entre os conceitos de homologia, paralogia e ortologia, baseado na presença 
dos genes que codificam para as subunidades de globina.
Ciências genômicas: fundamentos e aplicações94
Figura 9. Diferentes exemplos de gráficos de Venn com número de genes conservados e espécies-
específicos, encontrados nas espécies comparadas. Observe que o grau de complexidade do diagrama 
tem direta relação entre o número de genomas comparados (gráficos da esquerda), entretanto 
modelos distintos são elaborados com o meso número de genomas comparados (gráficos da direita, 
que por sua vez expressam valores de agrupamentos ou famílias gênicas).
similaridade de sequência com nenhum gene de nenhuma outra espécie conhecida. 
Esses genes espécie-específicos, quando são pela primeira vez encontrados, não se 
pode definir ao certo qual seria sua função celular (Figura 9). É interessante notar 
que, à medida que mais genomas vão sendo descobertos, menor é o número de genes 
espécie-específicos que se descobre. De forma contrária, quando sequenciamos 
pela primeira vez um organismo de um filo ou grupo taxonômico que não possuía 
nenhum organismo sequenciado, muitas vezes encontramos uma quantidade 
significava de genes totalmente desconhecidos. Esses genes desconhecidos e 
espécie-específicos podem ser inclusive utilizados como alvo para drogas caso 
o organismos sequenciado seja um patógeno e o desenho racional de drogas 
normalmente exige que (i) o gene alvo da droga não esteja presente no genoma 
do hospedeiro e (ii) que o gene seja essencial ao patógeno. Assim, uma droga 
direcionada a este gene provavelmente não atacará nenhuma proteína do hospedeiro 
e atingirá especificamente a proteína do parasita, inibindo-a ou modificando-a de 
uma maneira que produza a cura do hospedeiro. Quando sequenciamos, portanto, 
novos genomas, costumamos representar a conservação dos genes da espécie nova 
que sequenciamos e os genes de outros organismos conhecidos através de gráficos 
de Venn (em diferentes modelos) que mostram o número de genes na união ou 
interseção entre os genomas (Figura 9).
Genômica comparativa 95
Sintenia e mudança de organização estrutural de genes
Outro tipo de estudo que é normalmente realizado quando comparamos sequências 
genômicas de diversos organismos são os chamados estudos de sintenia. Os estudos de 
sintenia se referem ao entendimento de como a ordem dos genes ao longo dos genomas 
foi se modificando ao longo do tempo, caso venham a ser alterados. Sabemos que os 
genes estão dispostos em grandes peças de DNA e proteínas nucleares chamados de 
cromossomos. E os genes situam-se nos chamados locos cromossômicos, que são os 
lugares onde os genes \u201cresidem\u201d. O endereço de um gene em humano pode ser definido 
como, por exemplo, 5q2.1, onde (q) sinaliza o braço longo do cromossomo 5, porção 2, 
segmento 1. Cada gene possui um endereço preciso no genoma dos organismos onde 
eles estão presentes. 
Desta forma, quando falamos de estudos de sintenia estamos queremos estudar a 
comparação entre a ordem dos genes em diferentes organismos. Será que o gene que 
estão no braço longo do cromossomo 5 de humanos estará no mesmo lugar no genoma 
do chimpanzé? Dada a enorme plasticidade genômica que temos percebido existir, é 
difícil comparar a ordem de genes entre genomas eucarióticos que já se divergiram 
há centenas de milhares de anos no passado (Figura 10A).
Por outro lado, é razoavelmente simples e elegante comparar a diferenciação na 
ordem dos genes encontrados em diferentes cepas de bactérias ou mesmo espécies 
ou gêneros bacterianos diferentes (Figura 10B). Muitas vezes podemos observar 
claramente como um gene \u201csaiu\u201d de um determinado lugar e \u201centrou\u201d em outro. 
Figura 10. Sintenia e análise comparativa estrutural de cromossomos e genes. (A) Análise comparativa 
estrutural de cromossomos humanos e de camundongo. Abaixo de cada cromossomo há a respectiva 
identificação do cromossômico em cada cariótipo. Os cromossomos humanos foram usados como 
referência de comparação, recebendo uma cor específica para cada um deles: verde, amarelo e rosa 
(embora sejam apresentados apenas três). Observe que o cromossomo 1 de camundongo representa 
uma quimera dos cromossomos 1, 2, 6 e 18 de humano, além de possuir uma região exclusiva na 
ponta do braço p (em cinza). O mesmo pode ser observado entre os cromossomos 4 humano e 3 de 
camundongo. Curiosamente esta diferença estrutural não é observado entre os cromossomos X 
de ambas as espécies. (B) Sintenia in loco de um grupo de genes relacionados com uma função 
específica em três diferentes espécies de bactérias. No primeiro modelo 6 genes que participam de 
uma mesma função metabólica (representados por uma mesma cor), que por sua vez apresentam-se 
dispostos de formas diferenciadas em outros genomas. Observe que o terceiro genoma apresentou 
uma reorganização por inversão de alguns genes.
Ciências genômicas: fundamentos e aplicações96
Os genomas são muitas vezes quebrados por mutações ambientais e há enzimas 
e elementos de transposição espalhados pelos genomas das bactérias que podem 
promover esses saltos genômicos. Também a conservação na ordem dos genes entre 
diferentes bactérias pode funcionar como marcador para o tempo de divergência 
entre diferentes variedades ou espécies. Quando mais próxima a ordem dos genes 
em determinados organismos, menos tempo os pesquisadores inferem que eles 
divergiram no passado.
Genoma mínimo
Com base no perfil e nas justificativas acerca da importância de se comparar genomas, 
do número de genes em um genoma e do número de genes compartilhados entre os mais 
diferentes genomas, uma pergunta interessante se faz necessária. Qual seria o tamanho 
mínimo possível para um genoma? Ou em outras palavras, qual seria o menor número 
de genes absolutamente essenciais que sejam capazes de promover a manutenção de 
uma espécie de vida livre? Embora muitos estudos comparativos de genomas tenham 
sido apresentados, em especial àqueles que envolvem microorganismos, não há um 
consenso exatamente preciso acerca deste conjunto de genes. De qualquer forma, 
sabe-se que determinados genes primordiais importantes para o metabolismo básico 
de açúcares, proteínas, ácidos nucléicos e lipídeos são sempre necessários.
Utilizando a lógica de que genomas menores em tamanho codificam para um 
menor número de genes, tendo em vista que em média há cerca de um gene por 
kilobase (1000 bases) de um DNA procariótico, organismos com menores estruturas 
cromossômicas tenderão a apresentar menor número de sequências codificadoras. 
A partir de observações como estas que os endossimbiontes unicelulares obrigatórios 
passaram a ganhar notoriedade, e organismos como Ricketisias e Mycoplasmas 
passaram a ser sequenciados.
O verdadeiro genoma mínimo da forma segundo a qual consideramos hoje 
vem a ser bem próximo do que vemos nos genomas de Mycoplasma genitalium ou 
Ca. Phytoplasma asteris da classe Mollicutes, que não padem ser caracterizados 
respectivamente como um organismo de vida-livre e outro um endossimbionte 
obrigatório, capazes de realizar todas as funções metabólicas normais de um organismo 
vivo. Estas espécies apresentam genomas com cerca de 600 Kbp responsáveis pela 
codificação de não mais que 500 genes codificadores de proteínas, tendo uma média 
de tamanho gênico um pouco maior do que o normal (cerca de 1 Kbp) e apresentando 
quase a totalidade