Genética - Parte I

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25/02/2014
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Genética
Melissa Vieira Leite
Parte I
A importância da Genética
• Todos possuímos genes que influenciam nossas
vidas;
• Eles afetam nossa altura e peso, nossa cor de
cabelos e pigmentação da pele;
• Influenciam nossa susceptibilidade a muitas
doenças e distúrbios;
• Contribuem para nossa inteligência e
personalidade;
• Ciência relativamente nova;
• A natureza hereditária das características e a
genética são praticados há milhares de anos;
• Ascensão da agricultura: princípios genéticos
aplicados na domesticação de plantas e animais;
• Culturas: alterações genéticas para aumentar a
produtividade e fornecer características
desejáveis (resistência a doenças e pragas,
qualidades nutricionais especiais, características
que facilitem a colheita);
• Revolução verde (1950-1960): expandiu a produção
global de alimentos – apoiada pela aplicação da
genética;
• Hoje:
• Culturas geneticamente modificadas (milho, soja, etc);
• Indústria farmacêutica;
• Indústria de biotecnologia (genética molecular);
• Papel crucial na medicina (compreensão da herança
genética de muitas doenças, desenvolvimento de testes
diagnósticos e terapia gênica);
O papel da Genética na Biologia
• Todos os organismos usam ácidos nucleicos para
seu material genético, e todos codificam sua
informação genética do mesmo modo;
• A evolução, por exemplo, é uma mudança genética
que ocorre ao logo do tempo;
• Biologia do desenvolvimento é baseada na
genética: tecidos e organismos são formados pela
expressão regulada dos genes;
• Até mesmo campos tais como a taxonomia, a
ecologia e o comportamento animal estão
fazendo uso crescente dos métodos genéticos;
• O estudo de quase qualquer campo da biologia
ou da medicina é incompleto sem uma boa
compreensão dos genes e dos métodos
genéticos;
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A variação Genética é a base da
Evolução
• A diversidade e a adaptação da vida são um
produto da evolução, que é a mudança genética ao
longo do tempo.
• A evolução é um processo em duas etapas:
– Variantes genéticas surgem aleatoriamente;
– A proporção de determinadas variantes aumenta ou
diminui.
•A variação genética é
portanto a fundação de toda
a mudança evolutiva, e
finalmente a base de toda a
vida como a conhecemos;
•Dessa forma, o estudo da
variação genética, é crítico
para a compreensão do
passado, do presente e do
futuro da vida.
Divisões da Genética
• Genética clássica ou
genética de
transmissão;
• Genética molecular;
• Genética de
populações.
Breve história da genética
• Embora a ciência da
Genética seja jovem
(quase que totalmente
um produto dos últimos
100 anos), as pessoas
têm usado os princípios
de genética há milhares
de anos;
Pré-história
• Domesticação de plantas e animais: começou há
aproximadamente 10.000 e 12.000;
• Crescimento das populações e declínio da
disponibilidade de alimentos: início da agricultura.
• Evidências arqueológicas: percepção instintiva da
hereditariedade - Selecionando e cruzando plantas e
animais com características desejadas, eles podiam
produzir estas mesmas características nas gerações
futuras.
Pré-história
• Acredita-se que a primeira agricultura do mundo foi
desenvolvida no Oriente Médio há 10.000 anos;
• Primeiros organismos domesticados: trigo, ervilhas,
lentilhas, cevada, cães, cabras e ovelhas;
• Há 4.000 anos, técnicas genéticas sofisticadas já
estavam em uso no Oriente Médio.
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Pré-história
• Assírios e babilônios desenvolveram várias centenas de
variedades de palmáceas que diferiam no tamanho do
fruto, cor, sabor e tempo de amadurecimento.
• Um baixo relevo assírio de 2.880 anos representa o uso da
fertilização artificial para controlar cruzamentos entre
palmáceas;
• Outras colheitas e animais domesticados foram
desenvolvidos por culturas na Ásia, África e nas Américas
no mesmo período.
Primeiros registros escritos
• Escritos antigos demonstram que os primeiros
estavam cientes de sua hereditariedade;
• Escritos sagrados hindus datados de 2.000 anos
atribuem muitas características ao pai, e sugerem que
as diferenças entre irmãos podem ser atribuídas a
efeitos da mãe;
• Estes mesmos escritos advertem que devemos evitar
cônjuges potenciais que têm características
indesejáveis que podem ser passadas para os filhos;
Primeiros registros escritos
• O Talmude, o livro
judaico das leis religiosas
baseado em tradições
orais, originado há
milhões de anos,
apresenta uma
compreensão
estranhamente precisa da
hemofilia;
Primeiros registros escritos
• O Talmude diz que, se uma mulher tiver dois filhos
que morreram de sangramento após a circuncisão, os
próximos filhos dela não devem ser circuncisados,
nem os filhos das suas irmãs, embora os filhos dos
seus irmãos sim;
• Isso reflete precisamente o padrão de herança ligada
ao cromossomo X da hemofilia.
• Gregos: conceito de pangênese, que propôs que pequenas
partículas, chamadas gêmulas, levavam informações de
várias partes do corpo para os órgãos reprodutivos, de
onde eram passados para o embrião no momento da
concepção;
• Embora incorreto, esse conceito foi altamente influente e
persistiu até o final dos anos de 1800;
• Levou os gregos antigos a propor a noção da herança de
caracteres adquiridos, na qual as características
adquiridas durante a vida tornaram-se incorporadas à
informação hereditária e são passadas adiante para a
prole;
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Aristóteles (384-322 a.C.)
O filósofo grego Aristóteles era muito interessado
na hereditariedade;
• Aristóteles rejeitou os conceitos tanto de pangênese
quanto da herança de características adquiridas,
indicando que as pessoas às vezes se assemelhavam a
ancestrais mais do que a seus genitores, e que as
características adquiridas tais como partes mutiladas
do corpo não são transmitidas;
• Aristóteles acreditava que tanto os homens quanto as
mulheres faziam sua contribuições para a prole, e que
havia uma luta entre as contribuições masculinas e
femininas;
• Romanos antigos: embora tenham contribuído pouco para a
compreensão da hereditariedade humana, desenvolveram
com êxito várias técnicas de cruzamentos entre animais e
plantas;
• Técnicas baseadas em ensaio e erro;
• Poucas novidades foram adicionadas à compreensão da
genética nos 1.000 anos seguintes;
• As ideias antigas de pangênese e de herança de
características adquiridas, juntamente com técnicas de
cruzamentos vegetais e animais, persistiram até o
surgimento da ciência moderna, nos séculos XVII e XVIII.
Ascensão da Genética Moderna
• Fabricantes holandeses
de óculos começaram a
montar os primeiros
microscópios simples no
final dos anos 1.500;
• Robert Hooke (1.653-
1.703): descoberta da
célula em 1665;
• Naturalistas tiveram uma nova visão
da vida;
• Pré-formismo: dentro do ovócito ou
espermatozóide existe uma pequena
miniatura do adulto, um homúnculo,
que simplesmente aumentaria
durante o desenvolvimento;
• OVULISTAS X ESPERMICISTAS
• Pré-formismo significava
que todas as
características eram
herdadas de apenas um
dos genitores;
• Permaneceu um conceito
popular durante grande
parte dos séculos XVII e
XVIII;
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• Herança pela mistura: foi uma outra noção antiga de
hereditariedade que propunha que a prole é uma mistura
das características parentais; • Uma vez misturadas, as diferenças genéticas não
podiam ser separadas nas gerações futuras;
• Algumas características parecem exibir herança
por mistura;
• Entretanto, hoje sabemos que os genes individuais
não se misturam;
• Nehemiah Grew (1.641-1.712):
relatou que as plantas
reproduzem sexualmente com
o uso de pólen das células
sexuais masculinas;
• Com esta informação vários
botânicos começaram a
experimentar cruzamentos
de plantas e a criar híbridos;
• Joseph Gottleib Kölreuter(1.733-1.806): fez vários
cruzamentos e estudou pólen ao microscópio;
• Observou que muitos híbridos eram intermediários às
variedades parentais;
• Como cruzou plantas como muitas características
diferentes não foi capaz de discernir nenhum padrão
geral de herança, mas estabeleceu a fundação do estudo
moderno da genética;
• Subsequentemente aos trabalhos de Kölreuter, vários
outros botânicos começaram a experimentar a
hibridização, incluindo Gregor Mendel;
Gregor Mendel (1.822-1.884)
• Descobriu os fundamentos
da hereditariedade;
• As conclusões de Mendel
não foram apreciadas por
35 anos, criaram a
fundação de nossa
moderna compreensão da
hereditariedade;
• Hoje é reconhecido como o
pai da genética;
Os desenvolvimentos em citologia nos anos 1.800
tiveram forte influência na genética
• Robert Brow (1.773-1.858): descreveu o núcleo celular em
1833;
• Matthis Jacob Schleiden (1.804-1.881) e Theodor Schwann
(1.810-1.882): propuseram o conceito da teoria celular em
1839;
• Os biólogos começaram a examinar as células para ver
como as características eram transmitidas no curso da
divisão celular;
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Charles Darwin (1.809-1.882):
• Charles Darwin (1.809-1.882):
lançou a teoria da evolução por
meio da seleção natural e publicou
suas idéias em A Origem das
Espécies, em 1856;
• Reconheceu que a hereditariedade
era fundamental para a evolução e
fez amplos cruzamentos genéticos
com pombos e outros organismos;
• Entretanto ele nunca compreendeu
a natureza da herança;
• Na última metade do século XIX, a invenção do
micrótomo e o desenvolvimento de melhores corantes
histológicos estimularam uma onda de pesquisas
citológicas;
• Vários citologistas demonstraram que o núcleo tinha uma
papel na fertilização;
• Walter Flemming (1.843-1.905): observou a divisão dos
cromossomos em 1879, e publicou uma soberba descrição
da mitose;
• Em 1885, foi reconhecido que o núcleo contém a
informação hereditária;
• Próximo ao final do século
XIX, August Weismann
(1.834-1.914) derrubou por
fim a noção da herança de
caracteres adquiridos;
• Ele cortou a cauda de camundongos
ao longo de 22 gerações consecutivas
e mostrou que o tamanho da cauda
permaneceu longo;
• Weismann propôs a teoria do
germoplasma, que diz que as células
dos órgãos reprodutivos possuem um
conjunto completo de informações
genéticas que é transmitido aos
gametas.
Genética do século XX
• A publicação de Gregor Mendel em 1.866 sobre os
experimentos com ervilhas, que revelaram os fundamentos
da hereditariedade, foi redescoberta;
• O significado de suas conclusões foi reconhecido, e outros
biólogos imediatamente começaram a fazer experimentos
genéticos similares em camundongos, galinhas e outros
organismos;
• Os resultados dessas investigações mostraram que muitas
características de fato seguem as regras de Mendel;
• Walter Sutton (1.877-1.919):
propôs em 1.902 que os genes
estão situados nos
cromossomos;
• Thomas Hunt Morgan (1.866-
1.945): descobriu o primeiro
mutante genético nas moscas
das frutas em 1910, e usou as
moscas das frutas para
revelar muitos detalhes da
genética de transmissão;
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• Ronald A. Fisher (1.890-1.962), Jonh B. S. Haldane
(1.892-1.964) e Sewall Wright (1.889-1.988):
fundaram a genética de populações em 1930;
• Os geneticistas começaram a usar bactérias e vírus
em 1940;
• A reprodução rápida e os sistemas genéticos simples
destes organismos permitiram um estudo detalhado
da organização e estrutura dos genes;
• Acumularam-se
evidências de que o DNA
era o repositório da
informação genética;
• James Watson (1.928) e
Francis Crick (1.916):
descreveram a
estrutura tridimensional
do DNA em 1953;
• Em 1966, a estrutura química do DNA e o sistema pelo
qual ele determina a sequência de aminoácidos das
proteínas tinham sido desenvolvidos;
• Primeiros experimentos com DNA recombinante
foram realizados em 1973 – Revolução na pesquisa
genética;
• Walter Gilbert (1.932) e Frederick Sanger (1.918):
desenvolveram métodos para o sequenciamento de
DNA em 1977;
• Kary Mullis (1.944) e
colaboradores desenvolveram
a técnica de reação em
cadeia da polimerase (PCR);
• PCR: técnica desenvolvida
para a rápida amplificação de
pequenas quantidades de
DNA;
• Em 1990, a terapia gênica foi usada pela primeira vez
para tratar doenças humanas nos EUA e foi iniciado o
Projeto Genoma Humano;
• Em 1995, foi determinada a primeira sequência
completa de DNA de um organismo de vida livre, a
bactéria Haemophilus influenzae;
• Em 1996, foi determinada a primeira sequência
completa de um organismo eucariótico (levedura);
Genética do século XXI
No começo do século XXI,
foi determinada a sequência
do genoma humano
Iniciando uma
nova fase na genética
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? O futuro da Genética• Bancos de dados de DNA;• Desenvolvimento contínuo de programas sofisticadosde computação para estocar, comparar e analisardados genéticos;• Bioinformática = biologia molecular + ciência dacomputação;• No futuro, o foco dos esforços de sequenciamento deDNA irá mudar dos genomas de espécies diferentespara as diferenças individuais dentro das espécies;
• É razoável supor que:
– Cada pessoa possa algum dia dispor de uma cópia de sua
sequência genômica;
– Novos microchips genéticos que analisam
simultaneamente milhares de moléculas de RNA irão
fornecer informações sobre a atividade de milhares de
genes de uma determinada célula, fornecendo um
quadro detalhado de como as células respondem a sinais
externos, estresses ambientais e doenças;
– O uso da genética na agricultura, na química e em
cuidados de saúde irá continuar a se expandir;
• Alguns prevêem que a biotecnologia será para o
século XXI o que a indústria eletrônica foi para o
século XX;
• Este escopo cada vez mais amplo da genética
suscitará significativas questões éticas, sociais e
econômicas.
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Esqueletos da família real
• Amostras de DNA mitocondrial foi extraído dos
ossos, tidos como pertencentes a Alessandra e aos
filhos;
• O material foi amplificado por PCR e comparado com o
DNA do príncipe Philip da Inglaterra, também um
descendente direto da rainha Victoria;
• A análise demonstrou que o DNA mitocondrial do
príncipe Philip era idêntico ao desses quatro
esqueletos;
• O DNA do esqueleto suposto como sendo do Czar
Nicolau foi comparado com o de dois descendentes
vivos da linhagem Romanov;
• As amostras correspondia, exceto por uma posição
de nucleotídeos;
• Em julho de 1994 o corpo do irmão mais novo de
Nicolau, Georgij, que morreu em 1899, foi exumado;
• O DNA mitocandrial de Georgij era igual ao de
Nicolau, confirmando que o esqueleto era do Czar.
"Nada é impossível
para quem se
atreve a escalar
as alturas”
Mao Tse Tung