Exercícios resolvidos de genética

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Genética e Evolução – 2016
3ª. Avaliação
http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/xtal/texto_hb.php
1. Descreva a estrutura e a função da hemoglobina humana. Em seguida, descreva a ontogenia das hemoglobinas normais.
	“A transição da vida anaeróbia para aeróbia foi um grande passo na evolução. Cerca de dezoito vezes mais energia é extraída da glicose na presença de oxigênio do que na sua ausência. Os vertebrados desenvolveram dois mecanismos principais para suprir suas células com um fluxo contínuo e adequado de oxigênio. O primeiro é um sistema circulatório que distribui oxigênio às células. O segundo é o uso de moléculas transportadoras de oxigênio para vencer as limitações impostas pela baixa solubilidade do oxigênio na água, e os carregadores de oxigênio são as proteínas como a hemoglobina” (PERES).
A hemoglobina humana é uma proteína considerada um heterotetrâmero, formado por duas cadeias alfa (alfa1 e alfa2) e duas cadeias beta (beta1 e beta2). Essas cadeias peptídicas estão mantidas juntas por atrações não-covalentes, como interações hidrofóbicas, ligações de hidrogênio e pontes salinas. Além disso, cada cadeia contém um grupamento heme, que é responsável pela cor da hemoglobina (vermelha) e pela capacidade desta se fixar ao oxigênio. 
O heme é formado por uma parte orgânica, a protoporfirina, e um átomo de ferro, que pode estar no estado oxidado ferroso (+2), formando a ferro-hemoglobina, ou férrico (+3), que forma a ferri-hemoglobina. Somente a ferro-hemoglobina é capaz de se ligar ao oxigênio e exercer a sua função: transportar os gases O2 dos pulmões para os tecidos e CO2 e H3O+ dos tecidos para os pulmões. Todavia, o monóxido de carbono tem maior afinidade a ferro-hemoglobina quando comparado com o oxigênio, sendo um fator de morte. 
 A hemoglobina tem a capacidade de se ligar a várias moléculas de oxigênio, devido a uma ligação cooperativa de oxigênio, isto é, após a ligação do primeiro oxigênio à molécula, outros oxigênios são estimulados a se ligaram a mesma molécula de hemoglobina. Isso permite o aumento da afinidade entre a hemoglobina e o oxigênio a cada ligação, facilitando o transporte do gás.
Em humanos, podemos destacar dois tipos de hemoglobina: fetal (HbF) e adulta (HbA). A diferença entre elas é que, a hemoglobina fetal possui cadeias g (gama) equivalentes à cadeia b da HbA, com 10 aminoácidos diferentes nas sequências primárias dessas globinas. 
Na fase inicial do primeiro trimestre da gestação, a formação da hemoglobina (embrionária) é feita pelos eritrócitos primitivos formados nas ilhas sanguíneas do saco vitelino. A partir desse período, a expressão de globina α não mais cessará, mantendo-se durante toda a vida do indivíduo. Com o tempo, na parede ventral da aorta dorsal, vão se formando células estaminais hematopoiéticas (CEH’s) que irão para o fígado fetal e, após dois meses de gestação, serão liberados para a corrente sanguínea os primeiros eritrócitos fetais. Nesse período, a principal globina produzida é a gama, causando um decréscimo na quantidade de Hb embrionárias e aumentando a porcentagem da Hb fetal.
Durante o desenvolvimento do feto, as CEH’s são deslocadas para a medula óssea, onde ocorre eritropoiese no decorrer de toda a vida do individuo e, ao nascer, os eritrócitos fetais vão sendo substituídos por glóbulos vermelhos, semelhando ao individuo adulto. Nas primeiras duas semanas de vida, a porcentagem de HbF mantém estática e, logo em seguida, começa a diminuir progressivamente de modo que, por volta de 3 meses de idade, a HbA é a hemoglobina predominante no organismo desse individuo. Nesse tempo, ocorre uma troca de expressão de globina gama, da HbF para a globina beta, da HbA.
Uma das substituições importantes na HbF é a posição 82 da cadeia g, que possui um resíduo de serina (polar sem carga), diferentemente da cadeia b, que tem lisina (Lys82; com carga positiva) nessa posição. Como resultado, a HbF possui maior afinidade ao O2 do que a HbA, possibilitando a captação de oxigênio através da barreira placentária 
No adulto, verifica-se também a presença de baixos níveis de um segundo tipo de hemoglobina adulta, a HbA2 (α2δ2), que é hoje um elemento fundamental na identificação de portadores (indivíduos heterozigóticos) de β-talassémia, sem outra relevância clínica. 
REFERENCIA
2. Sobre as hemoglobinas S e C, descreva: estrutura, função, ocorrência, distribuição, alterações hematológicas e manifestações clínicas.
	Como toda proteína, as hemoglobinas podem ter variantes, que indicam vários quadros clínicos. Essas variações podem estar relacionadas a estrutura, como é o caso das hemoglobinas S (HbS) e C (HbC), formadas por um tipo de globina anormal.
A HbS possui um resíduo de valina na posição 6 da cadeia b, no lugar do ácido glutâmico presente na HbA, originando o alelo betaS. Essa troca faz com que ocorra alteração na solubilidade da HbS, com a tendência de polimerizar quando desoxigenada, formando fibras no interir da hemácia, deformando-a para o aspecto de foice (falciformação), causando o quadro clínico de anemia. 
Além disso, pode levar à hemólise, rigidez e adesão endotelial eritrocitária, levando a inflamação, ativação plaquetária e vaso-oclusão, podendo atingir órgãos como cérebro, rins e pulmões. Isto origina desidratação celular e desequilíbrios electrolíticos, assim, a densidade das células e a probabilidade de polimerização da HbS, num ciclo vicioso. Os sintomas apresentados por pacientes com esse diagnóstico são: Dor Vaso oclusão Hipertensão pulmonar Infecções Acidentes vasculares Úlceras Alterações ósseas.
A distribuição mundial do gene βS foi feita através do comércio de escravos e pelas rotas comerciais, influenciada pela pressão evolutiva da infecção por Plasmodium. Hoje, a prevalência da anemia falciforme é de 25 a 30% na população da África Oriental e de até 10% em afro-americanos, levando a que, anualmente, mais de 120.000 bebes nasçam com doença. A esperança de vida dos pacientes acometidos dessa característica fica em torno de 45 a 55 anos de idade.
A manifestação clínica mais grave é o sequestro esplênico, uma complicação aguda que causa de grande morbidade e mortalidade em pacientes com doença falciforme. Instala-se subitamente, havendo queda progressiva nos valores sangüíneos de hemoglobina que pode evoluir para choque hipovolêmico. É potencialmente fatal se não tratado rapidamente. Os sintomas são por súbito malestar, piora progressiva da palidez e dor abdominal acompanhados de sudorese, taquicardia e taquipnéia.
Já a HbC é resultante de uma mutação no gene β-globínico, que codifica as cadeias ß da Hb, assim, a afinidade da hemoglobina C pelo oxigênio é reduzida, os eritrócitos são mais rígidos e são mais rapidamente destruídos pelo baço. Um indivíduo pode ser heterozigótico para a mutação (AC) quando só um dos genes globínicos está mutado ou Homozigótico (Hb CC) quando os dois genes β-globínicos estão mutados ou heterozigótico composto (β-Talassemia / Hb C) quando estas duas mutações estão presentes em cada um dos gene β-globínicos. Os heterozigóticos não têm doença. 
A maioria das pessoas com esta doença possuem anemia hemolítica moderada e uma esperança de vida média normal. Na idade adulta podem apresentar esplenomegalia (aumento do tamanho do baço), litíase biliar (pedras na vesícula) e alterações na retina.
A distribuição desse quadro clínico é em indivíduos oriundos do Norte e Oeste Africano, pelo fato destas áreas serem, ainda hoje, afetadas pela malária e a Hb C conferir uma proteção relativa contra esta doença.
3. Descreva as alfa e beta-talassemias quanto à frequência, distribuição, determinação genética e ao quadro clínico manifesto.
As hemoglobinopatias são classificadas em duas categorias: aquelas que cursam com ausência ou marcada redução quantitativa de subunidades globínicas; e aquelas em que existe um defeito estrutural qualitativo em alguma das globinas. Dentre elas, agrupam-se variantes que se associam a fenótipos clínicos característicos, como as talassemias.As talassemias referem-se ao conjunto de doenças hematológicas de hereditariedade autossómica recessiva associado a mutações dos genes das globinas humanas que resultam na diminuição ou total ausência de síntese da globina em causa. Quando essas mutações se localizam no cluster das α globinas do cromossoma 16 ou no das β globinas do cromossoma 11, referimo-nos a α-talassémia e β-talassémia, respectivamente.
A alfa talassemia, frequente no Extremo Asiático, consiste em um defeito na produção das duas cadeias alfa da hemoglobina, provocando um decréscimo da alfa-globina e sua consequente escassez. O indivíduo pode ser apenas portador do gene defeituoso, sem manifestar os sintomas de anemia (alfa talassemia mínima) e, no Brasil, sua prevalência é de 17. Outros indivíduos podem apresentar uma mutação leve (alfa talassemia maior – deleção de dois genes alfa), que gera quadro clínico de anemia leve porque afeta minimamente a produção de globina. Todavia, pacientes queixam de sintomas como cansaço, dores nos membros inferiores e palidez, e sua prevalência no Brasil é de, aproximadamente 3%. 
Entretanto, pessoas podem desenvolver a alfa talassemia do tipo grave (alfa talassemia inter, acarretando a doença da hemoglobina H. As cadeias beta continuam a ser produzidas de maneira normal, e as moléculas excedentes começam a se combinar entre si, originando um novo tipo de hemoglobina a hemoglobina H, que possui função semelhante a hemoglobina normal. Esse fenômeno é raramente encontrado no Brasil.
Contudo, esse tipo de hemoglobina é mais instável, e sua duração é menor, então as células vermelhas (hemácias) que contém esta hemoglobina terão menor duração no organismo, o que resultará em uma anemia de moderada a severa. Se não tratada, suas consequências para o organismo serão fadiga (cansaço), deformações ósseas (pois uma maior parte da medula estará comprometida com a produção das hemácias), e hepatomegalia ou aumento do fígado (o qual estará mais ocupado destruindo as hemácias "velhas").
Há casos em que a mutação no cromossomo 16 leva à completa incapacidade do organismo em produzir as cadeias alfa, e a produção de hemoglobina normal torna-se impossível. Este estado produz uma doença conhecida como Hydropsis fetalis (hidropasia fetal), que leva ao óbito do feto ainda no útero ou em poucas horas após o nascimento devido a anemia muito grave, eritroblastose fetal, edema, grande aumento do baço e do fígado.
	As beta talassemias, mais comum no Brasil e no mundo, caracterizam a condição genética de redução da produção da beta globina, e sua consequente escassez no organismo. Dois genes estão envolvidos no processo de formação desse tipo de talassemia: um é herdado da mãe, e outro do pai. A talassemia beta ocorre quando um ou ambos desses genes herdados não funcionam ou funcionam apenas parcialmente. Elas são classificadas em três tipos: talassemia beta minor (podem apresentar anemia leve; anemia microcitica e hipocrômica, devido ao aumento de resistência osmótica dos glóbulos vermelhos), quando a pessoa recebe um gene normal de um genitor e um gene da talassemia do outro; a beta intermediária é causada devido a mutação que pode ter sido herdada apenas do pai ou da mãe - não de ambos e a beta major (anemia de Cooley ou anemia mediterrânea) quando ambos os genes são danificados, sendo mais grave e normalmente precisa fazer transfusões de sangue, devido a formação de hemácias fragilizadas e menor tempo de vida e capacidade de transporte de oxigênio. Nesta ultima situação, o paciente com a doença apresenta palidez, fadiga, fraqueza e sonolência e muitos deles morrem na infância ou na adolescência.
4. Qual o tipo de herança da maioria dos erros metabólicos hereditários? Justifique com base em seu conhecimento da estrutura e função dos genes.
	Erros metabólicos hereditários são alterações bioquímicas geneticamente herdados, devido a expressão deficiente de um gene, a produção de enzimas metabólicas é comprometida. Isto acarreta na interrupção de via metabólica, causando acúmulo de substrato ou ausência do produto esperado. Essas variações são transmitidas de acordo com padrão de herança mendeliana (autossômica recessiva, autossômica dominante e ligada ao cromossomo X), através de 13 genes codificados no DNA mitocondrial (transmitido pela mãe) que, ao serem mutados produzem EIM.
	A maioria dos casos a herança é autossômica recessiva uma vez que, indivíduos heterozigotos para a doença conseguem sintetizar o produto final da rota prejudicada em quantidades normais (50% dos níveis são normais). Por outro lado, em casos em que as proteínas envolvidas não são enzimáticas, como os receptores ou proteínas estruturais, seu padrão é dominante, causando doenças mesmo em heterozigose.
	
5. Que tipos de conseqüências patológicas os bloqueios enzimáticos podem acarretar? Exemplifique cada um deles.
Os erros inatos do metabolismo (EIM) são distúrbios de natureza genética que são relacionados a um defeito enzimático capaz de acarretar a interrupção de uma via metabólica. Essa interrupção resulta em alguma falha de síntese, degradação, armazenamento ou transporte de moléculas no organismo. Tais erros do metabolismo são considerados a causa das Doenças Metabólicas Hereditárias (DMH) em que a ausência de um produto esperado, acúmulo de substrato da etapa anterior a interrompida ou o surgimento de uma rota metabólica alternativa (esta não expressa o “erro metabólico” existente) podem levar ao comprometimento dos processos celulares.
	A ausência de produto final da via metabólica pode levar à ocorrência de dois efeitos: o próprio produto final pode servir de substrato para uma reação subsequente, que não ocorrerá, ou o prejuízo em algum tipo de inibição que o produto realizaria. Um exemplo é o albinismo, herança autossômica recessiva, que, devido a falta de tirosinase no melanócito, responsável por bloquear a via metabólica que leva a tirosina até a melanina através da DOPA, não há o desenvolvimento de melanina na cabelo, pele e irís.
	O acúmulo de substrato é prejudicial, como a galactosemia. Devido a deficiência da enzima galactose-1-fostato uridil transferase, que converte a galactose-1-fosfato em glicose-1-fostato, ocorre o acúmulo de galactose no sangue, no fígado, cérebro e rins. Outro exemplo é a fenilcetonúria (PKU) que, devido ao defeito na enzima fenilalanina-hidroxilase, expressa somente no fígado, o organismo não consegue conveter fenilalanina em tirosina.
6. As doenças metabólicas hereditárias podem ser tratadas? A partir de alguns exemplos, demonstre como elas podem ser tratadas.
O tratamento das doenças metabólicas hereditárias depende muito de qual erro inato do metabolismo e qual substância acumulada se refere. Se a manifestação aguda for controlada, o paciente consegue viver normalmente, na maioria das vezes, todavia, com uma dieta balanceada. Essa dieta serve para evitar o acúmulo de substrato no organismo, para a estimulação do bloqueio metabólico com co-fatores ou precursores enzimáticos, ou ainda para a desintoxicação por metabólitos. A fenilcetonúria, por exemplo, é uma doença gerada a partir de um erro inato de metabolismo, pode ser tratada através de uma dieta pobre em fenilalanina, principalmente nos primeiros anos de vida. Isto evita que ocorra acúmulo desse substrato no organismo, causando efeitos tóxicos.
Contudo, doenças como a Doença de Gauche e a Doença de Fabry necessitam de um tratamento mais sofisticado. Esse tratamento consiste na terapia de reposição enzimática que, somada à terapia gênica, apresenta maior esperança de mudança do prognóstico do paciente.
http://scielo.iec.pa.gov.br/pdf/rpm/v20n2/v20n2a08.pdf
 
7. As respostas individuais às drogas e outras substâncias químicas podem ser determinadas geneticamente? Explique.
Sim. O modo e a velocidade com que as substâncias químicas entram e saem do organismo varia de pessoa para pessoa. Muitos fatores podem afetar a absorção, a distribuição, o metabolismo, a excreção e o efeito final de determinada droga.Uma plausível explicação para essas diferenças esta relacionada aos fatores genéticos de cada individuo.
	As diferenças genéticas influenciam a velocidade com que as drogas são metabolizadas no organismo, objeto de estudo da farmacogenética. Com isso, algumas pessoas metabolizam medicamentos lentamente, promovendo um acúmulo do medicamento no organismo, o que causa toxicidade. Outras pessoas possuem uma constituição genética que faz com que metabolizem rapidamente as drogas. Isto tudo pode estar relacionado a deficiência enzimática. Indivíduos com baixos níveis de pseudocolinesterase, uma enzima do sangue que inativa drogas como a succinilcolina, que é administrada com a anestesia para provocar relaxamento aos músculos, podem ser 
acometidos pela paralisia dos músculos.
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAYt0AH/farmacogenetica
http://www.portaleducacao.com.br/farmacia/artigos/1094/fatores-que-afetam-a-resposta-aos-medicamentos
8. O que é substância H e qual a sua importância? O que é o fenótipo Bombain? 
A substância H, produzida pelo alelo H, é a substância básica para a constituição dos grupos A, B e AB do sistema sanguíneo e consiste em um hidrato de carbono conhecido como fucose. Os indivíduos HH ou Hh sintetizam uma enzima que é responsável pela formação do antígeno H (que se transforma em antígeno A ou B: responsável pela determinação dos grupos sanguíneos A, B e AB, em testes tradicionais).  O alelo h é considerado amorfo e nenhum produto antigênico é associado a ele, enquanto o gene hh não há produção da substância H e é extremamente raro.
Indivíduos que expressam antígeno hh, são designados Fenótipos de Bombaim ou Falso O, porque não expressam o fenótipo do sistema ABO. Nesse caso, é manifestado um fenótipo de sangue do tipo O independentemente do seu genótipo verdadeiro, já que é sintetizada uma enzima inativa.
Esse fenótipo é caracterizado sorologicamente pela perda total da atividade das transferases ABH nos eritrócitos e nas secreções corpóreas e pelas grandes quantidades de anti-H que fazem com que os eritrócitos Oh sejam incompatíveis com aqueles do tipo O, uma vez que esses últimos apresentam antígeno H na superfície dos seus eritrócitos. Por isso, são necessários testes sanguíneos aprofundados quando se trata de transfusão sanguínea, uma vez que pacientes que sofrem do Fenótipo de Bombain, não podem receber sangue do tipo O.
http://www.scielo.br/pdf/rbhh/v25n1/v25n1a08.pdf
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/biologia/efeito-bombaimfalso-o.htm
9. Qual é o procedimento normalmente usado em transfusões sanguíneas, em relação aos sistemas sanguíneos ABO e Rh?
Nossas hemácias contêm substâncias chamadas de aglutinogênios, que variam de pessoa para pessoa e, no plasma sanguíneo existem anticorpos (aglutininas), que possuem a capacidade de reagirem com os aglutinogênios. Tanto os aglutinogênios quanto as aglutininas são determinadas geneticamente.
Pessoas que possuem o sangue do tipo A apresentam aglutinogênio A e aglutinina anti-B. Já as pessoas que possuem o sangue do tipo B apresentam aglutinogênio B e aglutinina anti-A. As pessoas com sangue do tipo AB apresentam aglutinogênio AB, mas não apresentam nenhum tipo de aglutinina, enquanto as pessoas com sangue tipo O não apresentam nenhum tipo de aglutinogênio, mas possuem aglutinina anti-A e anti B
Para isso, quando tratamos de transfusão sanguínea, precisamos ter cuidados em relação a quando utilizá-la. Devem ser realizados TESTES IMUNOHEMATOLÓGICOS PRÉ- TRANSFUSIONAIs que são estabelecidos pelo Ministério da Saúde como - Tipagem ABO / Rh; - Pesquisa de Anticorpos Irregulares (PAI); - Prova de compatibilidade; - Reclassificação ABO/Rhdo doador e receptor.
A tipagem ABO/R é definida através das provas direta, pesquisa de antígenos do sistema ABO presentes nas hemácias do indivíduo, e reversa, determinação dos anticorpos do sistema ABO no plasma ou no soro do indivíduo. Utilizam-se substâncias anti-A, anti-B e anti-Rh para conferir o tipo sanguíneo do receptor e do doador e são interagidas com o sangue dos indivíduos. A aglutinação é reação da presença da substância pesquisada. Por exemplo, se um indivíduo sangue tipo A+ realizar a tipagem sanguínea, seu sangue aglutinará nos locais que tiver contato com o anti-A e anti-Rh.
http://www.hemocentro.unicamp.br/pdfs/manualtecnicotransfusional-2010.pdf
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/biologia/sistema-abo.htm
10. No que consiste a doença hemolítica do recém-nascido, o que ocorre na relação materno-fetal, nestes casos, e como se dá a proteção pelo sistema ABO?
O nosso sistema sanguíneo é formado por tipos de proteínas denominadas aglutinogênios (antígenos) e aglutininas (anticorpos), e de acordo com a presença de tais proteínas, temos determinado tipo de sangue. Mas nem todos os aglutinogênios e aglutininas são compatíveis entre si, e quando há incompatibilidade entre tipos sanguíneos, uma série de complicações clínicas pode ser desenvolvida. Como exemplo de complicações por incompatibilidade sanguínea temos a doença hemolítica do recém nascido (DHRN), também conhecida como eritroblastose fetal, uma patologia causada pela incompatibilidade entre o fator Rh da mãe e o do fator Rh do feto.
	Essa patologia acontece quando uma mulher Rh-, sensibilizada imunologicamente por transfusão sanguínea ou por gerar o primeiro filho Rh+, gera outro filho Rh+. O contato de sangue da mãe e do feto se dá através da placenta, na qual permite que anticorpos presentes no sangue do filho passem para mãe, fazendo com ela passe a produzir anticorpos irregulares (Ac IgG) que causarão destruição das hemácias do filho. Isso ocorre principalmente durante o terceiro trimestre de gestação, por ausência do citotrofoblasto como barreira, ou mesmo durante o parto.
	Os Ac IgG ligam-se a eritrócitos Rh+, levando a sua opsonização. Esse complexo Ac-eritrócito facilita o reconhecimento de células fagocitárias, por serem facilmente reconhecido por fagócitor e por ativarem o sistema complemento (C3b e C4b).
	O feto começa a produzir maior numero de eritroblastos, hemácias nucleadas e imaturas (hematopoese), que serão lançadas na corrente sanguínea, buscando suprir a necessidade das células que foram hemolisadas, por isso a patologia chama-se eritroblastose. Isso pode levar a hidropisia, devido a descompensação cardíaca.	
As complicações variam de acordo com a sensibilidade materna. O primeiro filho Rh+ pode ser menos afetado que o segundo, porque, na primeira vez, a mãe produz poucos anticorpos irregulares. Pode ocorrer morte do bebê durante a gravidez ou após o parto. Se não ocorrer, a criança pode ser acometida por lesões no sistema nervoso, acarretando numa paralisia, deficiência mental, surdez, etc. Essa criança provavelmente terá icterícia, devido a grande quantidade de bilirrubina na circulação sanguínea, produzido pela quebra de hemácias.
11. O que você sabe sobre a profilaxia e o tratamento da doença hemolítica do recém-nascido?
Os objetivos da profilaxia são prevenir morte intra ou extrauterina por anemia ou hipóxia e evitar neurotoxicidade por hiperbilirrubinemia. A administração de Anti-D gama globulina (soro Mathergam) na mãe imediatamente após o parto de crianças Rh+ pode ser uma eficiente estratégia profilática. Esse Antígeno D neutraliza o antígeno D presente nas hemácias do feto Rh+, que passaram para circulação sangüínea da gestante, impedindo, assim, a produção de anticorpos anti-D pela mesma. Se esse procedimento for realizado em um período de 72hr do parto, de uma gravidez ectópica, de um trauma abdominal durante uma gravidez, de uma amniocentese, de uma biópsia de vilosidades coriônicas ou de um aborto, a chance de sensibilização da mãe é diminuída em 1%.
Quando diagnosticada a eritroblastose, é indicado a antecipação do parto. Em casos de doença grave, é indicado transfusão intra-uterina através da veia umbilical. É transfundido sangue Rh-, que, por não conter aglutininas, é compatível com o sangue da mãe. As hemácias têm sobrevida de 120 dias,depois desse tempo elas são destruídas naturalmente pelo organismo, e substituídas por hemácias produzidas pela própria criança. A de sobrevivência a transfusão é de 89%, e em 3% dos casos, aparecem complicações como o parto prematuro, infecção ou ruptura de membranas. 
 
http://www.infoescola.com/doencas/doenca-hemolitica-do-recem-nascido/
http://petdocs.ufc.br/index_artigo_id_37_desc_Imunologia_pagina__subtopico_48_busca_