A ciência por trás do projeto Nossos Genes

A Genômica é o estudo do conjunto de todo o material genético presente em um organismo, chamado de genoma. Métodos modernos, cujo desenvolvimento foi acelerado pelo Projeto Genoma Humano (1990-2003), possibilitaram que todo o genoma seja estudado em um único procedimento.

Genoma é o conjunto de todo o material genético presente em um organismo. Este material genético é o DNA e ele se organiza em cromossomos que ficam dentro das células do corpo humano, inclusive nas células reprodutivas – os óvulos ou os espermatozoides.

O DNA é uma substância química, uma molécula que armazena informações sobre como as células e os organismos devem funcionar. 

Ele é o nosso material genético porque contém informações que podem gerar um ser humano e que são transmitidas às gerações seguintes.

Podemos comparar o DNA a um livro de receitas para formar proteínas e RNAs, que executam as mais diversas funções no corpo, como estruturar tecidos ou realizar a digestão. 

A molécula de DNA é formada por componentes menores, os nucleotídeos, que têm uma parte variável: as bases nitrogenadas. Elas podem ser de quatro tipos: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). O número e a ordem dessas  “letras” compõem as instruções para a produção de proteínas e RNAs.

Aliás, os trechos dessa sequência que contém informação para a produção de RNAs e proteínas  são chamados de genes! 

Qualquer mudança na sequência dessas “letras” pode alterar os produtos do gene ou o funcionamento do DNA em si e é por isso que um dos métodos de análise de DNA é o exame de sequenciamento!

O DNA fica nas células, estruturas microscópicas que formam o corpo de um indivíduo. Cada pessoa é constituída por trilhões de células e cada célula possui 23 pares de moléculas de DNA – em cada par, uma molécula veio da mãe e outra do pai. Por isso, sempre temos duas versões de cada “receita” – dois alelos de cada gene – para produzir proteínas e RNAs.

Células são estruturas microscópicas que compõem o corpo de um indivíduo, especializadas em diversas funções. Por exemplo, existem células como as do estômago que produzem substâncias digestivas, ou os neurônios, que transmitem informação na forma de sinais elétricos através do corpo. 

Um fato curioso é que todas as células do mesmo indivíduo têm o mesmo material genético, mesmo sendo muito diferentes entre si! A mesma informação genética, quer dizer a mesma sequência de DNA, de uma célula do fígado está presente nas células da pele. 

Como as células desempenham funções diferentes se têm o mesmo conteúdo genético? 

Basicamente, os genes funcionam como uma lâmpada com intensidade regulável: podem ser desativados ou ativados em diferentes intensidades. Cada tipo de célula terá um certo conjunto de genes ativados e desativados e, portanto, produzirá proteínas e RNAs específicos, o que permite que ela execute suas funções específicas.

Genes são trechos da molécula de DNA que funcionam como receitas: contêm informações para fabricar proteínas ou outras moléculas importantes para o funcionamento das células e do organismo. 

Cada célula tem duas versões de cada gene – uma herdada do pai e a outra herdada da mãe. Por isso, cada um de nós carrega duas “receitas”… que podem ser exatamente iguais ou um pouco diferentes. É como fazer o mesmo bolo, mas com sabores distintos. As versões diferentes do mesmo gene são chamadas de alelos. 

Os alelos existem por conta de diferenças na sequência de bases do DNA entre indivíduos da mesma espécie, chamadas de variantes genéticas. Estas variantes podem ter, ou não, impacto no funcionamento do gene e dos seus produtos.  

Cada variante pode ser rara ou frequente na população e pode ter efeitos grandes, pequenos ou até nenhum efeito no indivíduo. Quando as variantes prejudicam a saúde de alguém, por alterarem o funcionamento do gene ou das proteínas e RNAs codificados por ele, são classificadas como variantes relevantes para causar condições médicas. Elas podem ser classificadas como patogênicas ou provavelmente patogênicas, dependendo da informação que se tem sobre elas em bancos de dados genômicos ou dos resultados mais atuais das pesquisas sobre seus efeitos.

Você sabia que nós temos aproximadamente 3,6m de DNA dentro de cada célula humana, que é microscópica? Entenda a seguir como isso é possível.

Os cromossomos são estruturas constituídas por uma molécula de DNA muito compactada com o auxílio de algumas substâncias. Nos seres humanos, cada célula contém 46 desses cromossomos, ou seja, 46 moléculas de DNA que contém muitas “receitas” – muitos genes – para produzir milhares de proteínas diferentes. Os humanos têm 24 tipos de cromossomos diferentes: do 1 ao 22, X e Y. 

Em cada indivíduo, 23 cromossomos vieram do pai e 23 cromossomos vieram da mãe, perfazendo 23 pares de cromossomos. Desses pares, 22 são iguais para todos os seres humanos e um é o par sexual, formado por dois cromossomos X nos indivíduos do sexo biológico feminino, e um cromossomo X e um Y  nos indivíduos do sexo biológico masculino.  

Já nas células reprodutivas, que são os óvulos e os espermatozoides, encontramos no núcleo apenas 23 cromossomos, sendo um de cada tipo. Qual cromossomo do par é escolhido? Não importa se ele é originalmente do pai ou da mãe do indivíduo analisado, a combinação dos cromossomos na célula reprodutiva é aleatória. 

Doenças genéticas são causadas por alterações no material genético das pessoas. Por exemplo, a síndrome de Down resulta da presença de três cromossomos 21 ao invés de dois. Já a fibrose cística é causada por alterações na sequência de um gene chamado CFTR.

As doenças genéticas podem ser ou não hereditárias – passadas de geração em geração. Hereditária é aquela que pode ser transmitida aos descendentes, como é o caso da fibrose cística. Já o câncer, nem sempre é transmitido aos descendentes porque em geral é causado por um acúmulo de alterações novas no DNA de algumas células ao longo da vida e que podem estar ou não em conjunto com alterações genéticas herdadas. 

Então, nem sempre a doença genética é hereditária!

As doenças genéticas têm diferentes níveis de gravidade. Muitas podem ter consequências clínicas graves, enquanto outras são menos graves.  

Infelizmente, a maioria das doenças genéticas ainda não tem tratamento. Mas, as pesquisas científicas têm levado à descoberta de novos medicamentos e até mesmo tratamentos baseados na correção do gene alterado, a chamada terapia gênica. 

Então, algumas delas já têm tratamento disponível, como é o caso da atrofia muscular espinhal ou da distrofia hereditária de retina. Por esse motivo, é cada vez mais importante fazer diagnóstico correto das doenças genéticas, auxiliado por testes genéticos, o que viabiliza encaminhar os indivíduos para o tratamento adequado. 

Doenças raras são aquelas que acometem individualmente um número relativamente pequeno de pessoas, comparadas às doenças comuns: no máximo 65 a cada 100.000 indivíduos. Cerca de 80% das doenças raras tem causas genéticas, podendo ser herdadas ou resultantes de outros mecanismos, como mutações novas. 

Cada pessoa com doença rara tem uma história própria, muitas vezes com sintomas específicos e desafios no diagnóstico e tratamento. Como há um número muito grande de doenças raras,  aproximadamente 7 mil, o impacto populacional é significativo: cerca de 13 milhões de brasileiros convivem com alguma delas. 

O acesso ao diagnóstico genômico tem ajudado as pessoas a conhecerem mais sobre as doenças, suas causas, incidência e condutas clínicas: como tratar, monitorar e prevenir.

Doenças monogênicas são causadas por uma alteração genética, chamada de variante patogênica, que prejudica o funcionamento de um único gene.

Doenças genéticas recessivas são doenças monogênicas que só se manifestam se o indivíduo tiver as duas cópias (materna e paterna) do mesmo gene alteradas. 

Se um indivíduo tiver apenas uma cópia do gene alterado, ele é chamado de heterozigoto e não manifesta as características da doença.

Dentre os 23 pares de cromossomos humanos, um par é diferente quando comparamos pessoas do sexo biológico feminino com as pessoas do sexo biológico masculino. 

As pessoas do sexo feminino possuem um par de cromossomos X, dizemos que são XX. Já as pessoas do sexo masculino são XY, quer dizer, possuem um cromossomo X e um cromossomo Y.  

No caso de uma doença ligada ao cromossomo X, um gene localizado no cromossomo X está alterado. 

Nas pessoas XX, se um gene está alterado e não funciona bem, mas sua cópia presente no outro cromossomo X funciona, a doença pode não se manifestar. 

Já nas pessoas XY, essas doenças são decorrentes de alterações na sua única cópia do gene no cromossomo X e por isso eles podem manifestar a doença genética.  

O material genético das células humanas possui duas versões de cada um dos genes. Uma das versões é herdada do pai e outra versão semelhante, mas não idêntica, é herdada da mãe. Essas versões diferentes são chamadas de alelos. 

Um gene é como se fosse uma receita para a fabricação de um componente importante para as células e para o organismo funcionarem bem. Cada alelo do gene pode ter uma pequena diferença nas instruções de fabricação, chamadas de alterações ou variantes genéticas, que podem ou não resultar em alterações no funcionamento do organismo. 

Então, há variantes genéticas que sequer alteram a função do gene e outras com efeitos importantes para o organismo, sejam eles associados a um mau funcionamento que leva a uma doença, ou mesmo a um funcionamento diferente associado a características como altura ou cor dos olhos, mas sem prejuízos à saúde.

Quando um indivíduo tem dois alelos diferentes para um gene, é definido como heterozigoto. No estudo de doenças genéticas humanas, o termo descreve uma pessoa que, dentre as duas cópias ou versões do gene, tem uma que funciona adequadamente e outra que está alterada e não exerce bem a sua função. Na literatura da Genética, é comum encontrar os termos portador para se referir ao heterozigoto, indicando que a pessoa “carrega” uma cópia do gene diferente da outra.

Heterozigotos não manifestam doenças recessivas. Entretanto, se dois heterozigotos para o mesmo gene tiverem filhos, podem gerar crianças que manifestam a doença recessiva porque herdaram as duas cópias do mesmo gene alteradas. 

No caso das doenças ligadas ao cromossomo X, pessoas do sexo feminino XX podem ser heterozigotas e não manifestar os sintomas de uma doença genética. Porém, pessoas do sexo masculino XY não podem ser heterozigotas porque, por padrão, têm apenas uma cópia dos genes do cromossomo X.

Se as duas pessoas do casal são heterozigotas com alterações genéticas no mesmo gene, uma futura criança tem chance aumentada de herdar as duas cópias alteradas do gene, uma do pai e outra da mãe, e manifestar uma doença hereditária recessiva. 

Se a pessoa do sexo feminino do casal for heterozigota para uma alteração em um gene do cromossomo X, o casal também tem chance maior de gerar uma criança com doença genética – um exemplo é a síndrome do X frágil.

Algumas doenças monogênicas têm herança dominante: basta uma alteração genética em um único alelo para que o quadro da doença se manifeste. Se um dos pais for afetado por uma doença dominante, há a chance de transmitir a doença ao seu filho.

Muitas doenças comuns como hipertensão, diabetes, câncer, Alzheimer e diversas outras são causadas por vários fatores, inclusive fatores genéticos. Dizemos que estas doenças têm herança multifatorial por terem um componente genético somado a um componente ambiental. Geralmente, este componente genético não é monogênico, como ocorre nas doenças genéticas raras, mas está relacionado a alterações em muitos genes diferentes. 

O componente genético é, então, descrito  como poligênico, ou seja, resulta de diversas (centenas a milhares) variantes genéticas, cada uma contribuindo com um pequeno efeito para a manifestação da doença. Portanto, é desafiador estabelecer testes genéticos para determinar riscos para doenças comuns – esses exames ainda estão sendo desenvolvidos.

Testes genéticos são exames que permitem identificar se uma pessoa tem uma ou mais alterações no DNA que podem levar a uma doença ou a uma chance aumentada de ter crianças com uma doença genética. 

Em outras palavras, os testes genéticos verificam se há variantes patogênicas, que de fato podem causar doenças genéticas, em genes associados a doenças. São muitos os tipos diferentes de testes genéticos e os geneticistas são capazes de decidir quais os melhores testes para detectar um certo tipo de doença genética. 

Doenças genéticas são causadas por alterações no material genético das pessoas. Por exemplo, a síndrome de Down resulta da presença de três cromossomos 21 ao invés de dois. Já a fibrose cística é causada por alterações na sequência de um gene chamado CFTR.

As doenças genéticas podem ser ou não hereditárias – passadas de geração em geração. Hereditária é aquela que pode ser transmitida aos descendentes, como é o caso da fibrose cística. Já o câncer, nem sempre é transmitido aos descendentes porque em geral é causado por um acúmulo de alterações novas no DNA de algumas células ao longo da vida e que podem estar ou não em conjunto com alterações genéticas herdadas. 

Então, nem sempre a doença genética é hereditária!

As doenças genéticas têm diferentes níveis de gravidade. Muitas podem ter consequências clínicas graves, enquanto outras são menos graves.   

Um dos testes genéticos previstos nesse  projeto será o sequenciamento do exoma completo com foco em cerca de 400 genes associados a doenças recessivas. Os outros testes serão o MLPA para estudo dos genes SMN1 e SMN2 (relacionados à atrofia muscular espinhal) e também a TP-PCR do gene FMR1 (relacionado à síndrome do cromossomo X frágil).

O sequenciamento de DNA é uma técnica que permite determinar a ordem, a sequência das bases A, T, C ou G em trechos da molécula de DNA. Então, um exame de sequenciamento permite saber se nossos genes têm a sequência correta ou se contêm alterações. 

O sequenciamento de exoma completo é um exame capaz de analisar ao mesmo tempo todos os genes humanos – um total de cerca de 20.000 genes, cuja função é dirigir a fabricação de proteínas importantes para o funcionamento do corpo. Somente os trechos dos genes que efetivamente participam da formação das proteínas são analisados.

O teste é importante porque detecta variantes no DNA que podem causar  doenças hereditárias… Em seguida, as variantes encontradas são classificadas em relação a sua relevância para causar condições médicas, nas categorias de patogênica ou provavelmente patogênica.

Já o MLPA (multiplex-ligation probe amplification) é uma técnica que avalia se uma certa porção do DNA está com número de cópias aumentada (duplicada ou triplicada, por exemplo) ou então se estão faltando cópias nesta região, pois ambas as situações podem levar a doenças hereditárias.

No projeto Nossos Genes, será avaliado o número de cópias dos genes SMN1 e SMN2, o que pode indicar que um casal tem risco aumentado de gerar crianças com Atrofia Muscular Espinhal (AME).

O TP-PCR é um exame que identifica se há, na região do gene FMR1, um aumento do número de trincas de bases CGG.  

Pessoas com essas expansões no gene FMR1 têm maior probabilidade de gerar crianças com a síndrome do X frágil, um tipo frequente de deficiência intelectual hereditária, que também pode levar ao autismo.

O conhecimento em genética avança muito rapidamente, em especial com o desenvolvimento de técnicas de sequenciamento. Mas ainda assim, existem genes e doenças genéticas desconhecidas e também tipos de alteração genética que não são detectáveis com uma única metodologia, mesmo que muito abrangente, como é o caso do sequenciamento do exoma completo. 

Além disso, cada metodologia adicionada a um projeto de triagem aumenta os custos e dificulta o fluxo de exames e a sua análise. As técnicas de MLPA voltado para os genes SMN1/SMN2 e de TP-PCR para o gene FMR1 foram incluídas nesta primeira fase do projeto Nossos Genes porque as doenças associadas a esses genes têm uma incidência maior na população brasileira, ainda que sejam classificadas como raras. 

A expectativa  é de que os dados gerados pelo projeto possam motivar estudos subsequentes, com ampliação da lista dos genes analisados.

Cerca de 400 de um total de aproximadamente 20 mil genes humanos serão avaliados no exame de sequenciamento do exoma. Esses 400 genes foram escolhidos porque se sabe que eles podem ter alterações que causam doenças genéticas.

Os testes genéticos disponíveis no projeto Nossos Genes não são capazes de prever todos os tipos de alterações genéticas. Algumas não são detectáveis pelas técnicas oferecidas, como é o caso da Síndrome de Down. Outras são mutações novas, não herdadas dos pais e que também não podem ser previstas por meio de exames. 

Por exemplo, existem doenças de herança dominante, para as quais basta apenas um alelo alterado, dentre os dois alelos do gene, para a doença se manifestar. É o caso da acondroplasia, um tipo de nanismo muitas vezes causado por mutações não herdadas de pais com estatura normal. 

Portanto, mesmo que o casal não tenha nenhuma alteração genética clinicamente relevante identificada no estudo e apontada no relatório, podem nascer crianças com doenças genéticas causadas por alterações não detectadas ou novas. 

Os testes genéticos disponíveis no projeto Nossos Genes não são capazes de prever todos os tipos de alterações genéticas. Algumas não são detectáveis pelas técnicas oferecidas, como é o caso da Síndrome de Down. Outras são mutações novas, não herdadas dos pais e que também não podem ser previstas por meio de exames. 

Por exemplo, existem doenças de herança dominante, para as quais basta apenas um alelo alterado, dentre os dois alelos do gene, para a doença se manifestar. É o caso da acondroplasia, um tipo de nanismo muitas vezes causado por mutações não herdadas de pais com estatura normal. 
Portanto, mesmo que o casal não tenha nenhuma alteração genética clinicamente relevante identificada no estudo e apontada no relatório, podem nascer crianças com doenças genéticas causadas por alterações não detectadas ou novas.

Muitos genes humanos têm função desconhecida ou estão relacionados a doenças desconhecidas. Por isso, um resultado normal da sequência dos cerca de 400 genes não é a garantia absoluta de que o casal não terá uma criança com uma doença ainda desconhecida ou mesmo conhecida, mas com causas genéticas não totalmente desvendadas e que, portanto, não temos como detectar.

É importante ter em mente que as classificações de uma variante em relação a uma condição de saúde podem mudar com o tempo devido à atualização de bancos de dados genômicos. As variantes detectadas em exames no Projeto Nossos Genes serão avaliadas de acordo com os conhecimentos científicos acumulados até o momento. Você tem o direito de solicitar à nossa equipe o acesso aos dados brutos do sequenciamento do exoma completo para realizar avaliações adicionais em laboratórios de sua escolha.