História
Em 1866, Gregor Mendel estabeleceu pela primeira vez os padrões de hereditariedade de algumas características existentes em ervilheiras, mostrando que obedeciam a regras estatísticas simples. Embora nem todas as características mostrem estes padrões de hereditariedade mendeliana, o trabalho de Mendel provou que a aplicação da estatística à genética poderia ser de grande utilidade.
A partir da sua análise estatística, Mendel definiu o conceito de alelo
como sendo a unidade fundamental da hereditariedade. O termo "alelo"
tal como Mendel o utilizou, expressa a ideia de "gene", enquanto que nos
nossos dias ele é utilizado para especificar uma variante de um gene.
Só depois da morte de Mendel é que o seu trabalho foi redescoberto,
entendido (início do século XX) e lhe foi dado o devido valor por
cientistas que então trabalhavam em problemas similares.
Mendel não tinha conhecimento da natureza física dos genes. O
trabalho de Watson e Crick em 1953 mostrou que a base física da
informação genética eram os ácidos nucléicos, especificamente o DNA,
[4]
embora alguns vírus possuam genomas de RNA. A descoberta da estrutura
do DNA, no entanto, não trouxe imediatamente o conhecimento de como as
milhares de proteínas de um organismo estaria "codificadas" nas
seqüências de nucleotídeos do DNA. 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, assim como Watson e Crick cinco anos antes. A manipulação
controlada do DNA (Engenharia Genética) pode alterar a hereditariedade e
as características dos organismos.
Mendel teve sucesso onde vários experimentadores falharam devido que
também faziam cruzamentos com plantas e com animais falharam totalmente.
O fracasso desses pesquisadores explica-se pelo seguinte: eles tentavam
entender a herança em bloco, isto é, considerando todas as
características do individuo ao mesmo tempo; não estudavam uma
característica de cada vez, como fez Mendel. Somente quando se
compreendia o mecanismo de transmissão de certa característica é que
Mendel se dedicava a outra, verificando se as regras valiam também nesso
caso. O sucesso de Mendel deveu-se também a algumas particularidades do
método que usava: a escolha do material, a escolha de características
constantes e o tratamento dos resultados. Além de ele ter escolhido
ervilhas para efetuar seus experimentos, espécie que possui ciclo de
vida curto, flores hermafroditas o que permite a autofecundação,
características variadas e o método empregado na organização das
experimentações eram associados à aplicação da estatística, estimando
matematicamente os resultados obtidos.
Cronologia de descobertas importantes
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Áreas da genética
Genética clássica
-
A Genética clássica consiste nas técnicas e métodos da genética, anteriores ao advento da biologia molecular.
Depois da descoberta do código genético e de ferramentas de clonagem
utilizando enzimas de restrição, os temas abertos à investigação
científica em genética sofreram um aumento considerável. Algumas ideias
da genética clássica foram abandonadas ou modificadas devido ao aumento
do conhecimento trazido por descobertas de índole molecular, embora
algumas ideias ainda permaneçam intactas, como a hereditariedade
mendeliana. O estudo dos padrões de hereditariedade continuam ainda a
ser uma ferramenta útil no estudo de doenças genéticas,como a
Neurofibromatose.
Genética molecular
-
A genética molecular tem as suas fundações na genética clássica, mas
dá um enfoque maior à estrutura e função dos genes ao nível molecular. A
genética molecular emprega os métodos quer da genética clássica (como
por exemplo a hibridação) quer da biologia molecular. É assim chamada para se poder distinguir de outros ramos da genética como a ecologia genética e a genética populacional. Uma de suas aplicações consiste no estudo da mutação e variação de cepas de bactérias.
Uma área importante dentro da genética molecular é aquela que usa a
informação molecular para determinar os padrões de descendência e daí
avaliar a correta classificação científica dos organismos: chamada sistemática molecular.
O estudo das características herdadas e que não estão estritamente associadas a mudanças na sequência do DNA dá-se o nome de epigenética.
Alguns autores defendem que a vida pode ser definida, em termos moleculares, como o conjunto de estratégias que os polinucleótidos
de RNA usaram e continuam a usar para perpectuar a eles próprios. Esta
definição baseia-se em trabalho dirigido para conhecer a origem da vida,
estando associada à hipótese do RNA.
Genética populacional, genética quantitativa e ecologia genética
-
Ver artigo principal: Genética Populacional, Genética quantitativa, Ecologia Genética
A genética populacional, a genética quantitativa e a ecologia
genética são ramos próximos da genética que também se baseiam nas
premissas da genética clássica, suplementadas pela moderna genética
molecular.
Estudam as populações de organismos retirados da natureza
mas diferem de alguma maneira na escolha do aspecto do organismo que
irão focar. A disciplina essencial é a genética populacional, que estuda
a distribuição e as alterações das frequências dos alelos que estão sob
influência das forças evolutivas: selecção natural, deriva genética, mutação e migração. É a teoria que tenta explicar fenómenos como a adaptação e a especiação.
O ramo da genética quantitativa, construído a partir da genética populacional, tenciona fazer predições das respostas da selecção natural, tendo como ponto de partida dados fenotípicos e dados das relações entre indivíduos.
A ecologia genética é por sua vez baseada nos princípios básicos da
genética populacional, mas tem o seu enfoque principal nos processos ecológicos.
Enquanto que a genética molecular estuda a estrutura e função dos genes
ao nível molecular, a ecologia genética estuda as populações selvagens
de organismos e tenta deles recolher dados sobre aspectos ecológicos e marcadores moleculares que estes possuam.
Genómica
-
Ver artigo principal: Genômica
A genómica é um desenvolvimento recente da genética. Estuda os padrões genéticos de larga escala que possam existir no genoma (e em todo o DNA) de uma espécie em particular. Este ramo da genética depende da existência de genomas completamente sequenciados e de ferramentas computacionais desenvolvidas pela bioinformática que permitam a análise de grandes quantidades de dados.
Disciplinas relacionadas
O termo "genética" é vulgarmente utilizado para denominar o processo de engenharia genética, em que o DNA de um organismo é modificado para se obter uma utilidade prática.
No entanto, a maior parte da investigação em genética é direccionada
para a explicação do efeito dos genes no fenótipo e para o papel dos
genes nas populações.
Aplicações da genética
- Prevenção (aconselhamento genético) e tratamento de doenças como asma, e câncer.
- A terapia genética permite substituir genes doentes por genes sãos, ou mesmo eliminar os genes doentes.
- Optimização do bem-estar e sobrevivência do indivíduo.
- Intervenções terapêuticas definidas de acordo com o perfil genético
do doente, o que faz com que a probabilidade de sucesso de tratamento
seja maior.
As aplicações acima descritas fazem parte da genética médica outras
utilizações da genética humana estão relacionadas à medicina legal e
criminologia, a saber: reconhecimento de tecidos, reconhecimento de
identidade através de características genéticas em especial as
impressões digitais (dactiloscopia) e o exame de DNA seja para
identificação de paternidade, de vítimas de sinistros ou de potenciais
homicidas.
Tão importantes para humanidade quanto a genética médica são as
aplicações dessa ciência ao melhoramento animal e vegetal. Sabemos que a
genética praticamente se iniciou com a domesticação de animais (fase
pré-científica) e com os estudos de genética vegetal de Mendel contudo
vivemos um impasse ainda não bem dimensionado pela comunidade científica
que é a produção de Organismos Geneticamente Modificados ou Transgênicos, cujo impacto sobre o meio ambiente e mesmo sobre as estabilidade do DNA ainda não é de todo conhecida.
Outra aplicação dessa ciência vem de sua associação à epidemiologia (epidemiologia genética) e toxicologia (tóxicogenética
e radiogenética) na medida em que produzem estratégias de identificar
os agentes mutagênicos, teratogênicos ou carcinogênicos que ameaçam a
saúde das comunidades humanas e integridade dos ecossistemas.
Genética Médica
Exemplo de diagrama de pedigree genético usando a numeração de
Ahnentafel
A Genética Médica, embora utilize os conhecimentos das demais áreas,
lida especificamente com as doenças genéticas, incluindo a Genética
Clínica, que é o atendimento ao paciente com doenças genéticas, sua
família, e a realização do aconselhamento genético. A Genética Médica procura entender como a variação genética é relacionada com a saúde humana e suas doenças. Ao procurar um gene desconhecido que pode estar envolvido numa doença, os investigadores usam geralmente a genética de ligação e diagramas de pedigrees genéticos para encontrar a localização no genoma associada com a doença.
Ao nível da população, os pesquisadores tomam vantagem da randomização
mendeliana para procurar locais no genoma que estão associados a
doenças, um método especialmente útil para traços multigênicos não
definidos claramente por um único gene.
Os distúrbios genéticos podem ser inicialmente classificados em 4
grandes grupos: monogênicos, multifatoriais, cromossômicos e mutações
somáticas. A Herança multifatorial é aquela em que o fenótipo ocorre pela
determinação genética e de fatores do meio ambiente. A susceptibilidade
genética ocorre quando genes propiciam a aquisição ou desenvolvimento de
caracteres (ou doenças) determinadas por fatores do meio ambiente. A
determinação da susceptibilidade pode ser monogênica ou poligênica,
nesta última havendo limiares para determinação fenotípica. A maioria
das doenças genéticas são doenças gênicas, isto é, determinadas por
mutações em um gene, cujo efeito primário é a formação de uma proteína
modificada ou supressão da síntese de determinada proteína, entretanto,
na maior parte dessas doenças o efeito primário não é conhecido e a
etiologia genética é reconhecida pelo fato de a doença ser hereditária
(transmitida de geração a geração) ou de ser mais frequente em
determinados grupos populacionais.
A distribuição dos genes nas famílias e populações é objeto de estudo da genética de populações.
As doenças geneticamente determinadas nas quais conhecemos a alteração
bioquímica, são conhecidas como erros inatos do metabolismo e estudadas
pela genética bioquímica. As cerca de 3000 doenças que apresentam
herança monogênica, podem em alguns casos ser tratadas pela correção dos
distúrbios metabólicos, mas aa sua maioria não tem tratamento no
momento. Contudo, o estudo e identificação dos genes responsáveis por
essas doenças e a busca de metodologia para modificar o DNA (terapia
gênica) de grande interesse da genética molecular, incluindo-se aí o
Projeto Mundial "Genoma Humano" que pretende decifrar todo o código
genético da espécie humana na próxima década.
A metodologia de investigação nas doenças decorrentes de mutações
envolve a identificação de proteínas, produtos de degradação ou
metabólitos de vias alternativas através de análises bioquímicas e a
análise do ADN, que permite a identificação da região alterada. Os genes
estão contidos nos cromossomos, organelas que se individualizam durante
a divisão celular. Na espécie humana o número diploide de cromossomos é
46, sendo 22 pares de autossomos e 1 par de cromossomos sexuais, XX na
mulher e XY no homem. Cada cromossomo contém centenas de genes, sendo o
total do genoma humano composto por cerca de 50.000 genes estruturais,
além de genes reguladores. Quando ocorrem aberrações cromossômicas, isto
é perda ou excesso de cromossomos inteiros ou de segmentos de
cromossomos (visíveis ao microscópio ótico), há perda ou excesso de
vários genes, ocorrendo numerosas modificações fisiopatológicas.
[19] Estudamos as aberrações cromossômicas na área de citogenética.
A análise do cariótipo humano é rotineiramente realizada nos
linfócitos, sendo para isso colhida amostra de sangue periférico, mas
também pode ser realizada nas células das vilosidades coriônicas, nas
células de descamação fetal presentes no líquido amniótico, em
fibroblastos ou em qualquer célula nucleada que possa ser cultivada in
vitro. Por não compreendermos a fisiopatologia dessas doenças, não há
ainda tratamento específico, apenas terapias paliativas. A realização de
programas de aconselhamento genético, prevenção e diagnóstico pré-natal
ainda são a única opção disponível para diminuir a frequência de
crianças portadoras de doenças geneticamente determinadas.
Geneticistas Brasileiros
Publicações
Referências
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Em 1957, baseado nos experimento de Miller, Sidney Fox, também
norte-americano, aqueceu uma mistura seca de aminoácidos, e constatou a
presença de proteinóides (molécula protéicas com poucos aminoácidos),
numa evidencia de que os aminoácidos teriam se
unido através de ligações peptídicas, numa síntese, por desidratação.
