Genoma: A base da Biologia Molecular
O estudo do genoma e o primeiro sequenciamento completo foram, sem dúvidas, eventos históricos e disruptivos na história da biologia molecular, permitindo a descoberta de diversos genes e dinâmicas biológicas dos organismos e o surgimento de inúmeras disciplinas e campos de estudo relacionadas, tanto em ciência básica, quanto na ciência aplicada e biotecnologia. Mas afinal, o que é o genoma?
Definição
O genoma inclui toda a informação genética que é herdada de pais para filhos, tanto os genes quanto as partes não codificantes. Antigamente chamado de “DNA lixo”, hoje se sabe que estas sequências não codificantes possuem inúmeros papéis na regulação da expressão gênica e manutenção do genoma.
O genoma é composto por DNA, a molécula química que armazena a informação genética em forma de sequências de bases nitrogenadas (A, T, C e G). Cada organismo tem um genoma único, que é responsável por determinar todas as suas características, como cor dos olhos, altura, tipo de cabelo, dentre outras.
Na biologia molecular, o genoma é um campo de estudo importante porque nos permite entender como os genes funcionam e como eles são controlados. Por exemplo, podemos estudar como os genes são ativados ou inativados em diferentes tecidos ou condições ambientais, o que nos ajuda a entender doenças genéticas e a desenvolver tratamentos mais eficazes.
O genoma também pode ser modificado de forma intencional, através de técnicas como a edição de genes, comentada no nosso post de engenharia genética. Isso pode ser usado para corrigir mutações responsáveis por doenças genéticas ou para melhorar as características de plantas e animais. No entanto, essas alterações genéticas também trazem questões éticas e devem ser cuidadosamente consideradas.
Os primeiros genomas sequenciados
O sequenciamento do genoma é o processo de determinar a sequência de bases nitrogenadas do DNA de um organismo. Ele é fundamental para entender como os genes funcionam e como eles são controlados.
Em 1976, Walter Fiers na Universidade de Ghent (Bélgica) foi o primeiro a estabelecer a sequência completa de nucleotídeos de um genoma viral, o Bacteriófago MS2. No ano seguinte, Fred Sanger completou o sequenciamento do genoma do Fago Φ-X174, com pouco mais de 5 mil pares de bases. O primeiro genoma bacteriano a ser sequenciado foi o de Haemophilus influenzae, concluído em 1995. Alguns meses depois, o primeiro genoma eucariótico foi concluído, o da levedura Saccharomyces cerevisiae, composto por 16 cromossomos.
O sequenciamento do primeiro genoma humano foi um marco importante na história da biologia molecular, pois permitiu aos cientistas compreender como nossos genes são organizados e como eles interagem uns com os outros. O projeto de sequenciamento do genoma humano, conhecido como Projeto Genoma Humano, foi lançado em 1990 e levou 13 anos para ser completado. Desde então, o sequenciamento do genoma tornou-se mais rápido e mais acessível, o que permitiu aos cientistas estudar a genômica de muitos outros organismos, incluindo plantas, animais e microorganismos. O sequenciamento do genoma continua a ser um campo em constante desenvolvimento e estudo, diminuindo cada vez mais custos e aumentando a precisão das técnicas.
Logo do Projeto Genoma Humano
Os diferentes genomas
Os genomas de diferentes organismos têm diferentes tamanhos, e o interessante é que não encontramos muita correlação entre o tamanho do genoma com a complexidade do organismo! O genoma humano por exemplo, possui cerca de 3 bilhões de pares de base, mas muitas plantas tem de 20 a 50 vezes mais pares de bases, enquanto muitos organismos tem escalas de grandezas muito menores, na escala de milhões ou milhares de bases
Tamanho dos genomas de organismos sequenciados depositados no banco de dados do NCBI
Além dos genomas principais, muitos organismos possuem também genomas complementares. Estes genomas podem ou não ser capazes de manutenção própria, codificando totalmente os genes que os compõem. Alguns exemplos de genomas complementares são os plasmídeos, encontrados principalmente em bactérias e que podem codificar genes de resistência a diversos estresses ambientais, tais como antibióticos; os genomas de cloroplastos em plantas, com genes relacionados à fotossíntese, e o genoma mitocondrial, com genes relacionados à respiração celular
Genoma do cloroplasto de uma leguminosa. Fonte: https://www.nature.com/articles/s41598-019-50620-3
Conclusão
Em resumo, o genoma é a chave para entender como os organismos funcionam e como eles são herdados de geração em geração. É um campo em constante desenvolvimento e estudo, e sua compreensão tem um impacto profundo em várias áreas, incluindo a medicina, a agricultura e a tecnologia.