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Da genética à genômica

Da genética à genômica

No século 19, o monge e botânico Gregor Mendel demonstrou, com base em observações feitas em plantas, que determinadas características dos organismos são passadas de geração a geração; ou seja, são hereditárias. Os pesquisadores ficaram intrigados e tentaram determinar quais moléculas nas células eram responsáveis pela herança genética. Algumas décadas depois, foi demostrado que os cromossomos eram os responsáveis pela transmissão de características entre as gerações.

Em 1953, os cientistas James Watson e Francis Crick, baseados em estudos anteriores conduzidos por Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, propuseram a estrutura de DNA como ela é entendida até os dias de hoje, o que lhes rendeu o prêmio Nobel de Medicina em 1962. A descoberta da estrutura do DNA, no entanto, não trouxe imediatamente o conhecimento de como as milhares de proteínas de um organismo estariam “codificadas” nas sequências de nucleotídeos do DNA. Os cientistas se concentraram em tentar determinar de que maneira o DNA controla e influencia as funções das células. Foi então determinado o mecanismo pelo qual o DNA direciona e determina a síntese de proteínas através de uma molécula intermediária chamada RNA mensageiro, num processo que ficou conhecido como o Dogma Central da Biologia. Esta descoberta crítica para o surgimento da moderna Biologia Molecular só foi alcançada no começo da década de 1960 por Marshall Nirenberg, que viria a receber o Nobel em 1968. A partir daí, a pesquisa tomou dimensões moleculares e se concentrou no que hoje chamamos de genética molecular, área da Ciência que estuda a estrutura e função dos genes ao nível molecular. Para isso, foi necessário desenvolver técnicas laboratoriais que permitissem analisar e “visualizar” características de moléculas como as proteínas e o DNA. Após anos de trabalho bem-sucedido estudando a molécula de insulina (o que lhe rendeu o prêmio Nobel de Química em 1958), o pesquisador inglês Frederick Sanger desenvolveu um método para determinar a sequência de bases das moléculas de ácidos nucléicos, pelo qual recebeu o Nobel de Química em 1980. Apesar de ter provocado uma revolução no estudo de genética, o método enfrentava uma limitação importante: era necessária uma quantidade gigantesca de DNA para permitir o sequenciamento e nem sempre essa quantidade estava disponível. Em alguns casos, como para estudo de vírus, era impossível conseguir a quantidade necessária.

Em 1985, o bioquímico norte-americano Kary Mulis concebeu uma técnica revolucionária: a reação em cadeia da polimerase. Com o uso dessa técnica, é possível criar facilmente no laboratório trilhões de cópias de uma sequência de DNA. Kary Mulis recebeu o Nobel de Química em 1993 pelo estudo, o qual causou uma verdadeira revolução científica e permitiu o estudo a nível molecular em várias áreas da ciência, da genética à biotecnologia. Durante a década de 90, a comunidade científica fez uma série de aprimoramentos à técnica original de Mulis, tornando sua execução cada vez mais rápida e fácil. A técnica por si só revolucionou o estudo da biologia, tornando possíveis experimentos biotecnológicos impensáveis até então, como a clonagem de mamíferos (lembram da ovelha Dolly?). A aplicação da técnica proposta por Mulis para ultrapassar as dificuldades do método de sequenciamento de Sanger levou ao sequenciamento dos primeiros genes. O uso conjunto dos dois métodos foi tão promissor que várias empresas desenvolveram equipamentos que permitiam o sequenciamento automático do DNA. A partir daí, foi possível sequenciar genes e depois genomas completos, começando com a publicação de genomas de organismos simples como vírus e bactérias e prosseguindo com eucariotos simples. Essa revolução culminou com a publicação da sequência do genoma humano em 2001 (clique aqui para ler mais), um divisor de águas no nosso conhecimento sobre organismos complexos e principalmente sobre a genética humana.

Desde então, a evolução tecnológica tem prosseguido de maneira constante e incrivelmente rápida.A Ciência inaugurou a era “ômica”: os cientistas não estão interessados apenas na sequência dos genes de um organismo, mas sim no estudo de seu genoma completo (a genômica), de todas as proteínas que são produzidas pelos organismos em diferentes situações (a proteômica) e na maneira como essas proteínas regulam o funcionamento das células e organismos (a metabolômica). Técnicas revolucionárias como PCR e sequenciamento de DNA foram aprimoradas e hoje são parte da rotina diária de laboratórios, que os empregam para diversas aplicações: pesquisa básica, clonagem, terapia gênica, melhoramento genético de plantas e animais de produção, desenvolvimento de medicamentos e vacinas, estudos ecológicos, diagnóstico de doenças, entre vários outros.

Como disse J. Craig Venter, “a sequência é apenas o início…”.