UA SEDUZIDA PELA BIOINFORMÁTICA |
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| Universidade de Aveiro seduzida pela Bioinformática
A biologia computacional na análise dos genomas
Com a descodificação do genoma humano, novos desafios se levantam: como analisar a estrutura, evolução e funcionamento deste sistema tão complexo e detentor de grandes volumes de informação? O fascínio de um grupo de biólogos, informáticos, matemáticos e químicos da Universidade de Aveiro por esta área foi o impulso necessário para que a bioinformática, ciência que permite desenvolver novas ferramentas de software e metodologias capazes de analisar estes sistemas tão complexos, seja a nova aposta forte desta instituição de ensino.
Porque é que os seres vivos envelhecem? Como é que o cancro se desenvolve? Qual é a base molecular do desenvolvimento embrionário? Estas são algumas de uma série infindável de questões que são colocadas todos os dias a quem tem por objecto de trabalho e investigação o genoma humano. Mas será que é possível perceber como é que um sistema tão complexo como o genoma se organiza, evolui e funciona? A bioinformática é a área que vem dar resposta a todas estas fascinantes questões.
Toda a informação necessária ao funcionamento de qualquer ser vivo está contida no seu genoma. Deste modo, não surpreende que o funcionamento de um genoma fascine os biólogos, bioquímicos, médicos e o cidadão comum. Contudo, a complexidade dos sistemas biológicos é de tal ordem que, tentar perceber, ao nível molecular, apenas uma das milhares de características dos seres vivos tem sido uma tarefa titânica para a investigação cientifica. A bioinformática dedica-se, essencialmente, ao desenvolvimento de novas ferramentas de software e metodologias matemáticas capazes de analisar sistemas altamente complexos e grandes volumes de informação como é o genoma humano, aglomerando em apenas uma disciplina a biologia, a informática e a matemática. Esta fusão multidisciplinar tem dificultado o seu desenvolvimento. No entanto, a tradicional colaboração entre departamentos na Universidade de Aveiro (UA), a existência de unidades de investigação interdepartamentais e a experiência acumulada nas áreas da informática médica e da biologia molecular colocam a UA numa posição única, ao nível nacional, para contribuir substancialmente para esse desenvolvimento.
A existência de projectos financiados pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia e pela União Europeia são um bom ponto de partida, contudo é importante que o ensino da bioinformática seja implementado tanto ao nível da pós-graduação como da formação inicial. É neste sentido que a universidade aveirense se pretende direccionar, nos próximos anos lectivos, com o desenvolvimento de diversos projectos de investigação e com a criação de diversos cursos de formação inicial e pós-graduada nesta área.
Bioinformática ao serviço do genoma
A sequenciação do genoma humano e de vários outros organismos e o desenvolvimento de novas metodologias e instrumentação para a análise da estrutura, evolução e funcionamento dos genomas têm sido um dos factores que mais têm impulsionado o desenvolvimento da bioinformática.
O progresso feito ao nível da sequenciação e análise dos genomas deixa antever que compreender o funcionamento integrado de um ser vivo não é uma tarefa inatingível. De facto, nos últimos 10 anos, sequenciaram-se mais de 50 genomas entre os quais os de vírus, bactérias, fungos, da mosca do vinagre, da minhoca, de um peixe, do arroz, de uma erva e do ser humano. Vários outros, incluindo o genoma do ratinho, do chimpanzé e de várias plantas estão a ser sequenciados. Por si só, isto poderá não parecer muito importante, contudo se considerarmos que o genoma humano tem três mil milhões de bases (Adenosina, Citosina, Timidina e Guanosina, geralmente representados pelas letras A, C, T e G) e que algumas plantas têm genomas de aproximadamente 120 mil milhões de bases, percebemos rapidamente o nível de complexidade inerente ao funcionamento da vida e, também, a importância da bioinformática nesta nova era da biologia.
Mas para que é que serve a bioinformática? E, o que é que traz de novo ao estudo da vida? O domínio de intervenção da bioinformática é muito vasto, contudo podemos salientar as três áreas principais relacionadas com a análise da estrutura e funcionamento dos genomas que colocam a bioinformática de «mãos dadas» com esta ciência: a genómica, a transcriptómica e a proteómica.
Genómica: a arquitectura dos genomas
A genómica estuda a estrutura primária e a arquitectura dos genomas, ou seja, a sequência linear dos quatro nucleótideos do DNA. Divide-se em várias sub-áreas, como por exemplo a genómica comparativa e evolutiva, que confronta vários genomas, identificando sequências e padrões de sequências comuns, permitindo, assim, obter uma perspectiva evolutiva da vida no nosso planeta.
A bioinformática tem aqui um papel fundamental a vários níveis. Os genomas são sequenciados usando instrumentação altamente sofisticada, que determina a sequência linear das bases no genoma. Contudo, esta sequenciação é baseada em reacções químicas cuja interpretação carece de software especializado. Uma vez sequenciado o genoma, a informação é depositada em bases de dados sob a forma do código de quatro letras (A, C, T, G). O passo seguinte é a anotação do genoma que consiste na identificação e mapeamento dos genes ao longo da cadeia de DNA e, também, das sequências que controlam o funcionamento dos genes. Esta é uma tarefa altamente complexa que requer metodologias matemáticas e bioinformáticas capazes de reconhecer padrões complexos do alfabeto de quatro letras. A complexidade deste passo aumenta significativamente nos seres eucarióticos superiores, como por exemplo no genoma humano, em que os genes se encontram fragmentados e apenas são montados no seu formato final quando activados. Encontrar os fragmentos (sequências) de DNA que constituem um gene que codifica uma proteína é uma das tarefas mais importantes da bioinformática na área da genómica
Transcriptómica: como funciona um genoma
Estudar o genoma do ponto de vista funcional (ao nível do mRNA) é o objectivo principal da transcriptómica. Esta tecnologia permite analisar o mRNA, mensageiro intermediário que transporta a informação contida nos genes para o ribossoma. Este é a máquina molecular existente nas células, que produz proteínas usando como código a sequência de bases especificada na sequência linear do mRNA. A transcriptómica permite quantificar o funcionamento de todos os genes de um genoma, mesmo de um genoma altamente complexo como o humano, de uma vez só num pequeno chip ou microarray de DNA, medindo os níveis de mRNA presentes em cada célula, em qualquer condição fisiológica.
Esta tecnologia está a ter um enorme impacto na investigação biológica e biomédica fundamental, mas é, também, uma tecnologia com enorme potencial de diagnóstico, estando a ser já utilizada na interpretação de diversas doenças infecciosas e/ou genéticas, como o cancro, por exemplo. Prevê-se que no futuro seja uma tecnologia de rotina no diagnóstico da maior parte das doenças genéticas e infecciosas.
A transcriptómica produz, também, enormes volumes de informação, e, como tal, é totalmente dependente da bioinformática e da biomatemática. Por exemplo, a simples comparação do padrão de activação dos genes de uma célula normal com uma célula cancerígena produz informação sobre o estado de activação dos 30 mil genes humanos dando, assim, uma visão global do funcionamento da célula normal e da célula doente. A bioinformática desempenha aqui um papel fundamental na extracção da informação relevante fornecida pelos chips de DNA e identificando padrões de activação dos genes que permitem fazer a tipagem hierarquizada dos genes responsáveis por determinada doença.
(6 Set / 10:58)
Diário de Aveiro |
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