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Do DNA ao Sequenciamento em Massa

Geórgia Oliveira

A medicina de precisão tem vivido um momento notável de expansão, e neste campo, frequentemente ouvimos falar sobre o DNA e seu sequenciamento. Você já parou para se perguntar porque isso tem se tornado um assunto cada vez mais presente em nossas vidas? Um exemplo recente é a importância do sequenciamento do material genético do novo Coronavírus (COVID-19) para o desenvolvimento de terapias e vacinas. Podemos lembrar também das notícias que circularam sobre o exame genético da atriz Angelina Jolie que detectou através do sequenciamento de alguns genes um risco maior de desenvolvimento de câncer de mama. O que essas notícias nos mostram é que o futuro da medicina personalizada já está acontecendo.

Tivemos muitos avanços na ciência e principalmente na compreensão das doenças desde a descoberta do DNA – molécula composta essencialmente por nucleotídeos – e da sua associação com a determinação das características dos seres vivos. A posição em que estes nucleotídeos estão dispostos é o que diferencia uma molécula de DNA da outra, como coordenadas de um mapa. Essa ordem é responsável por codificar as informações genéticas para o crescimento e desenvolvimento dos organismos em geral, decifrá-la e ordená-la ainda é um grande desafio.

Histórico

Ilustração 1: Linha do tempo 

Legenda: 

  1. Descoberta da “forma” do DNA;
  2. Funcionamento biológico do DNA;
  3. Dados de sequenciamento por gel;
  4. Dados de sequenciamento de Sanger;
  5. Dados de sequenciamento de NGS.

Após a descoberta da estrutura tridimensional do DNA em 1593 demos início também a descoberta do dogma central da biologia, e o que isso significa? Significa basicamente que encontramos o sentido da vida! Em outras palavras, o sentido biológico de leitura deste grande mapa chamado DNA, e a partir de então pudemos avançar ainda mais nas pesquisas pois foi possível decifrar este código.

Primeira Geração

Foi na década de 70 que surgiram as primeiras técnicas de sequenciamento e a que mais se popularizou foi o método de Sanger (ainda utilizado atualmente) criado por Alan Coulson e Frederick Sanger, que consiste em determinar a sequência de nucleotídeos através da síntese de uma fita simples de DNA utilizando a DNA polimerase – imitando o processo natural – e didesoxinucleotídeos (ddNTPs).

Em 1986 a empresa de biotecnologia Applied Biosystems lançou o primeiro equipamento de sequenciamento automático baseado no método de Sanger, utilizando marcadores fluorescentes para cada nucleotídeo e permitindo que as reações fossem corridas em uma coluna e lidas pela cor que emitiam, esta tecnologia capaz de ler 96 amostras por vez, com um tamanho de fragmento médio de aproximadamente 1.000 pb (1 kb), foi utilizada no projeto genoma humano, porém para fins de aplicabilidade no diagnóstico em massa ainda se tratava de uma técnica muito demorada e com alto custo.

Segunda Geração

Em meados de 2004/2005 surgiu o Roche – 454 (que consistia em um método de Pirosequenciamento), percussor do que chamamos de NGS (Next Generation-Sequencing) por prover um maior volume de dados, com menor custo, de forma mais rápida e com capacidade de processar uma grande quantidade de moléculas em paralelo.

Muitas outras metodologias de NGS foram surgindo ano após ano (Ex.: Illumina MiSeq e Ion Torrent). O que todas elas têm em comum, é a capacidade de gerar informação sobre milhões de pares de bases de diferentes indivíduos (bibliotecas de DNA) em uma única corrida e de forma redundante. Por fim, todo esse quebra-cabeças de informações é processado e organizado através da Bioinformática.

Terceira Geração

Consideramos tecnologias de Terceira Geração aquelas capazes de realizar o sequenciamento de uma molécula única (SMS) sem a necessidade do requisito de fragmentação e amplificação de DNA compartilhado por todas as tecnologias anteriores. São sequencias longas de DNA tendo leituras em uma plataforma de alto rendimento. Ainda não se trata de técnicas ou equipamentos amplamente utilizados para fins diagnósticos, temos ainda um caminho de melhorias e evoluções a percorrer. 

Ilustração 2: Plataformas de sequenciamento

Graças a capacidade de sequenciamento hoje podemos comparar grandes extensões de DNA – 1 milhão de bases ou mais – de indivíduos distintos, de maneira mais rápida e barata gerando grande quantidade de informação, isso abre cada vez mais espaço para o diagnóstico através da análise de genomas permitindo que sejam identificadas alterações raras nos genes, associação a fenótipos, predisposição a doenças, resposta à drogas, entre tantas outras aplicações clínicas tornando real o futuro da medicina personalizada. 

O sequenciamento de genomas também é utilizado em muitas outras áreas da ciência, como sequenciamento de vírus e bactérias, em estudos evolutivos, monitoramento ambiental, validação de matérias-primas e insumos, melhoramento genético de plantas e até estudo de materiais trazidos do espaço. E não paramos por aí, são diversas as possíveis aplicações a serem descobertas!

Sobre a autora:

Geórgia Oliveira possui graduação em Biomedicina e pós-graduação em Diagnóstico Molecular. É especialista em Lean Six Sigma – Green Belt e, atualmente, mestranda em Genética e analista pleno na Genomika Diagnósticos.

  • Ana Priscila Medeiros Olímpio

    24 julho 2020

    Muito bom esse post, pois, ele mostra uma visão geral de forma bem clara e resumida da evolução do sequenciamento de DNA. Excelente

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