Uma década atrás, uma equipe de pesquisa internacional completou um esforço ambicioso para ler os 3 bilhões de cartas de informação genética encontradas em todas as células humanas. O programa, conhecido como o Projeto Genoma Humano, forneceu o projeto para a vida humana, uma conquista que foi comparada ao desembarque de um homem na lua.
O Dr. Eric D. Green esteve envolvido desde o início, refinando algumas das principais tecnologias usadas no projeto. Na época, ele era pós-doutorado e residente em patologia na Washington University em St. Louis. Ele esculpiu seus 5% do genoma, concentrando-se no mapeamento do DNA do cromossomo 7. Hoje, Green é o diretor do Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, que promove a compreensão do genoma humano por meio da pesquisa genômica.
Vamos voltar aos meados dos anos 1980, quando a ideia do Projeto Genoma Humano foi concebida pela primeira vez. Qual foi a motivação na época?
Depende de quem você pergunta. Pessoas diferentes tinham motivações diferentes. Tenha em mente que os anos 70 e início dos anos 80 foram a era da revolução da biologia molecular. Houve avanços significativos nos métodos que nos permitiram isolar e estudar o DNA no laboratório.
Nos EUA, por exemplo, o Departamento de Energia ficou muito interessado na noção de estudar o genoma por causa do interesse na mutação, e o processo de mutação associado a algumas formas de energia, como a energia nuclear.
Se você for a lugares como os Institutos Nacionais de Saúde, ou se você procurar pesquisadores biomédicos e pesquisadores relacionados à saúde, eles estão muito interessados em poder elucidar a base genética da doença. Entre as muitas doenças genéticas que estavam sendo consideradas, evidentemente, estava o câncer.
Muitas outras pessoas em todo o espectro da pesquisa biomédica - mesmo aquelas que trabalham com organismos modelo, como moscas e vermes e leveduras - reconheceram que, se pudéssemos descobrir como olhar de forma abrangente para genomas complexos, começando com moscas e vermes e leveduras, nosso caminho para os humanos, forneceria informações fundamentais para entender como o genoma funcionava.
Houve uma coalescência de muitas ideias diferentes que, tendo como pano de fundo incrementos, mas importantes avanços tecnológicos, faziam parecer que, embora intimidante, o problema de seqüenciar o genoma humano e determinar a ordem de 3 bilhões de cartas era viável.
De onde veio o material para o projeto genoma? De quem era o genoma?
Quando o projeto genoma começou, ainda era bem fragmentado. Diferentes pessoas faziam diferentes coleções e fragmentos de DNA chamados bibliotecas, que são apenas pedaços de DNA clonados. Eles fariam isso de qualquer um: às vezes seria o chefe do laboratório, às vezes seria o pós-doutorado ou o estudante de pós-graduação. Eles simplesmente pegariam o DNA naquela época, quando realmente não houvesse implicações disso.
Mas então, quando finalmente chegou a hora de fazer as bibliotecas que seriam usadas para sequenciar o genoma humano pelo Human Genome Project, a pessoa que foi a melhor pessoa para fazer essas bibliotecas foi um cientista que trabalhou no Roswell Park Cancer Institute. em Buffalo, Nova York. [A equipe] conseguiu o consentimento informado de cerca de 10 ou 20 doadores de sangue anônimos e, em seguida, escolheu um deles aleatoriamente, e essa era a pessoa. Cerca de 60% da sequência do genoma humano gerada pelo Projeto Genoma Humano provinha de um doador de sangue em Buffalo, Nova York.
Mas, você sabe, não importa. Se você atravessar a sequência do genoma humano gerada pelo Projeto Genoma Humano, é como um mosaico. Você pode ir para cem mil cartas e pode ser que uma pessoa, de Buffalo. Pode acabar sendo que você vai os próximos cem mil e será outra pessoa. E os próximos cem mil, outra pessoa. Tudo o que serviu como uma referência. E como todos os humanos são 99, 9% idênticos no nível da sequência, essa primeira sequência não precisa ser uma pessoa real. Pode ser apenas uma referência hipotética de uma pessoa.
De toda essa informação, por que você escolheu focar no cromossomo 7 [o genoma humano tem 23 cromossomos]?
Foi algo arbitrário. Queríamos escolher um cromossomo que não fosse muito grande. Nós não queríamos escolher um que fosse pequeno demais. Nós sabíamos que haveria muito trabalho, então escolhemos um cromossomo de tamanho médio.
Nós não queríamos escolher um que já tivesse muitas pessoas trabalhando nisso. Nesse ponto, o gene mais famoso no cromossomo 7 era o gene da fibrose cística, descoberto em 1989. Na verdade, havíamos isolado algumas dessas regiões e estávamos fazendo alguns estudos de maneira piloto.
A verdade é que nós escolhemos porque não era muito grande, não era muito pequeno e não estava muito lotado. Essa foi uma maneira arbitrária de começar; Quando o projeto genoma terminou, a maioria dos estudos estava sendo feita em todo o genoma.
Como o trabalho mudou durante a vida do projeto?
Toda a história da genômica é de desenvolvimento tecnológico. Se você rastrear onde os enormes avanços foram feitos, cada um deles foi associado com surtos de tecnologia. No início do projeto do genoma, surgiu o surto de que tínhamos formas melhores de isolar grandes pedaços de DNA.
Quando estávamos sequenciando genomas de organismos menores - como moscas da fruta Drosophila - basicamente industrializamos o processo de sequenciamento, tornando-o mais e mais automatizado.
Quando o projeto genoma começou, a ideia era: "Vamos sequenciar os genomas de moscas e vermes e leveduras, todos esses organismos menores, usando o método do dia", que foi esse método desenvolvido por Fred Sanger em 1977. A idéia era que eles não forçaria o acelerador a iniciar o sequenciamento do genoma humano até que um novo método de sequenciamento revolucionário se tornasse disponível. Portanto, houve muitos esforços para desenvolver novas formas loucas de sequenciar o DNA.
Quando chegou a hora, por volta de 1997 ou 1998, de realmente pensar em começar a sequenciar o genoma humano, todos disseram: “Talvez não precisemos esperar por um método revolucionário, talvez tenhamos melhorado gradualmente o método antiquado o suficiente para que possa ser usado ”, e de fato é isso que foi decidido.
Dito isso, desde o projeto do genoma, a coisa que mudou a face da genômica foi a revolucionária tecnologia de sequenciamento que finalmente entrou em cena por volta de 2005.
Como essas melhorias alteraram o custo e os tempos necessários para o sequenciamento?
O Projeto Genoma Humano levou de seis a oito anos de sequenciamento ativo e, em termos de sequenciamento ativo, gastou cerca de um bilhão de dólares para produzir a primeira seqüência do genoma humano. No dia em que o projeto do genoma terminou, perguntamos aos nossos grupos de sequenciamento: “Tudo bem, se você fosse sequenciar um segundo genoma humano, hipoteticamente, quanto tempo levaria e quanto custaria?” Com um verso do envelope cálculo, eles disseram: "Uau, se você nos desse mais 10 a 50 milhões de dólares, nós provavelmente poderíamos fazer isso em três a quatro meses."
Mas agora, se você for para onde estamos hoje, poderá sequenciar um genoma humano em cerca de um ou dois dias. Até o final deste ano, será cerca de um dia. E custará apenas entre US $ 3.000 e US $ 5.000.
Quais foram as principais descobertas do primeiro genoma e as que se seguiram?
Há novas descobertas que ocorrem todos os dias. Nos primeiros 10 anos de ter diante de nós a sequência do genoma humano, acho que diariamente coletamos cada vez mais informações sobre como o genoma humano funciona. Mas devemos reconhecer que, mesmo dentro de 10 anos, estamos apenas nos estágios iniciais de interpretar essa sequência. Décadas a partir de agora ainda estaremos interpretando e reinterpretando isso.
Algumas das primeiras coisas que aprendemos, por exemplo: temos muito menos genes do que algumas pessoas previram. Quando o genoma começou, muitas pessoas previram que os humanos provavelmente tinham 100 mil genes e teriam substancialmente mais genes do que outros organismos, especialmente organismos mais simples. Acontece que isso não é verdade. Acontece que somos um número de genes muito menor. Na verdade, somos provavelmente mais de 20.000 genes. E isso é apenas alguns milhares a mais que moscas e vermes. Portanto, nossa complexidade não está no nosso número de genes. Nossa complexidade está em outro lugar.
A outra surpresa veio quando começamos a sequenciar outros mamíferos - em particular, genoma de rato, genoma de rato, genoma de cachorro e assim por diante, e agora já sequenciamos 50, 60, 70 desses genomas. Você alinha essas sequências do genoma em um computador e procura ver onde estão as sequências que são muito conservadas, em outras palavras, ao longo de dezenas de milhões de anos de tempo evolutivo, onde as sequências não mudaram de forma alguma. Altamente, sequências altamente evolutivas conservadas quase certamente apontam para sequências funcionais. Essas são coisas que a vida não quer mudar e, portanto, as mantêm iguais porque estão fazendo alguma função fundamental vital necessária à biologia. Entrando no projeto do genoma, pensamos que a maioria das regiões mais conservadas que eram funcionalmente importantes estavam nos genes - as partes do genoma que codificam diretamente as proteínas. Acontece que a maioria das sequências mais altamente conservadas e inevitavelmente funcionais não estão em regiões de codificação de proteínas; eles estão fora dos genes.
então, o que eles estão fazendo? Nós não conhecemos todos eles. Mas sabemos que muitos deles são basicamente comutadores de circuito, como interruptores de luz para uma luz, que determinam onde e quando e quanto um gene é ligado. É muito mais complicado nos seres humanos do que nos organismos inferiores, como moscas e vermes. Portanto, nossa complexidade biológica não é tanto em nosso número de genes. É nos switches complexos, como interruptores dimmer, que regulam onde, quando e quantos genes são ativados.
O que nos resta a descobrir?
Quando você pensa sobre como o genoma funciona, está pensando em como isso funciona normalmente para todos nós. Mas a outra grande ênfase na genômica - especialmente nos últimos 10 anos - é entender como nossos genomas são diferentes. Então, você pode enfatizar 0, 1% de nossos genomas que são diferentes comparados entre si e como essas diferenças levam a diferentes processos biológicos. Portanto, entender a variação é muito, muito importante, e então correlacionar essa variação a diferentes consequências, das quais a doença é uma parte importante dela.
Houve avanços notáveis, simplesmente notáveis. Agora sabemos a base genômica de quase 5.000 doenças genéticas raras. Quando o projeto do genoma começou, havia apenas algumas dúzias de doenças para as quais entendíamos o que a mutação estava causando naquela doença. Essa é uma diferença enorme. Agora sabemos muitas, muitas centenas e centenas de regiões do genoma humano que contêm variantes - ainda não sabemos quais variantes - estão conferindo risco para doenças genéticas mais complicadas, como hipertensão e diabetes e asma, doenças cardiovasculares e assim por diante. .
Nós passamos de uma completa falta de conhecimento de onde procurar no genoma por essas variantes até agora ter regiões muito discretas para olhar para dentro. Portanto, esta é uma grande ênfase agora na genômica, está tentando entender quais variantes são relevantes para a doença. e o que fazer com eles.
