Pela primeira vez cientistas sequenciam um cromossomo humano inteiro
cromossomo X

Em 2003 fizemos história ao sequenciar o genoma humano e depois disso novos avanços tecnológicos tem ampliando a nossa capacidade de investigação com adições e ajustes, o que torna o genoma humano o mais completo e preciso de todos os vertebrados.

Os buracos deixados pelo Projeto Genoma Humano

Mas ainda restam brechas a serem preenchidas, como os cromossomos. Apesar de haver uma boa compreensão sobre eles há vários hiatos nas sequências. Mas agora um grupo de pesquisadores em genética tapou algumas destas brechas ao sequenciar o primeiro cromossomo humano completo, sem nenhuma lacuna, de telômero a telômero.

O sequenciamento, de um cromossomo X, foi possível usando a técnica de sequenciamento de nanoporos, que permite a leitura de sequências incrivelmente longas de cadeias de DNA, permitindo a montagem completa do cromossomo.

É um grande contraste em comparação a outras técnicas de sequenciamento que conseguem ler apenas trechos curtos de cada vez e obrigava os cientistas a unir estas sequencias curtas como quem monta um quebra-cabeça genético.

As riquezas descobertas nos buracos

Os métodos de trechos curtos como Sanger ou Pirosequenciamento são complicados porque é difícil ter certeza se você está montando o quebra-cabeça corretamente. Não existe a “imagem da caixa” que guia os cientistas, pois muitos trechos de DNA são muito similares, assim como as peças de um quebra-cabeças que se encaixam perfeitamente no lugar errado. Por causa disso ficaram algumas brechas não preenchidas.

“Estamos começando a descobrir que algumas dessas regiões onde houve lacunas na sequência de referência estão realmente entre as mais ricas em variações nas populações humanas, por isso perdemos muitas informações que podem ser importantes para entender a biologia humana”, afirmou Karen Miga, bióloga molecular do University of California Santa Cruz Genomics Institute.

Como funciona o sequenciamento por nanoporos

O sequenciamento de nanoporos consiste em um buraco feito de proteína em escala nanométrica — acomodado em uma membrana resistente a eletricidade. Quando uma corrente elétrica é aplicada na membrana, ela passa através dos nanoporos carregando o material genético através do nanoporo, traduzindo a sequência genética.

As bases duplas de DNA sendo separadas e lidas (azul claro) enquanto passam pelo nanoporo de proteína (azul mais escuro). Crédito: Oxford Nanopore Technologies/Youtube

Foi essa técnica que Karen e sua equipe utilizaram para analisar o DNA de um tipo de tumor uterino benigno raro, uma mola hidatiforme. Utilizando também outras tecnologias para sequenciamento, como PacBio e Illumina, para se certificar da confiabilidade do resultado final.

Vídeo do sequenciamento de nanoporos

“Usamos um processo iterativo em três plataformas diferentes de sequenciamento para polir a sequência e alcançar um alto nível de precisão. Os marcadores exclusivos fornecem um sistema de ancoragem para leituras ultra longas e, depois de ancoradas, é possível usar vários conjuntos de dados para chamar cada base”, disse Karen, de acordo com o Science Alert.

Mesmo com todos esses backups, ainda permanecem algumas brechas, sobretudo no centrômero, a parte que conecta as cromátides — que são estruturas em forma de fio nos quais um cromossomo se divide. Essa área é essencial para a mitose celular e extremamente complexa. O pior de tudo é que, no cromossomo X, ela é uma área incrivelmente repetitiva que engloba nada menos do que 3,1 milhões de pares de bases de DNA.

A equipe decifrou a extremamente complexa região ao buscar por sutis variações nas repetições. Foram essas variações que permitiram que os pesquisadores alinhassem longas leituras para conectá-las e formar uma sequência completa do centrômero. Formando a imagem correta do “quebra-cabeça” genético.

Mapear o genoma humano sem brechas agora é possível

“Para mim, a ideia de que podemos montar uma repetição em tandem de 3 megabases é simplesmente alucinante”, afirma Karen. “Agora podemos alcançar essas regiões repetidas, cobrindo milhões de bases que antes eram consideradas intratáveis”.

Essa abordagem detalhista levou a equipe a tapar todos as 29 brechas no cromossomo X. É um enorme passo a diante no trabalho de mapear por completo o genoma humano.

“Nossos resultados demonstram que completar [o mapeamento de] todo o genoma humano está agora ao nosso alcance”, redigiram os pesquisadores no artigo científico, “e os dados aqui apresentados permitirão esforços contínuos para concluir os cromossomos humanos restantes”.

Os dados utilizados pelos pesquisadores estão totalmente disponíveis no GitHub — você pode baixar a sequência completa do cromossomo (eu baixei!) –, e o artigo científico foi publicado na revista científica Nature.

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