Bioinformática – A Biologia da Era Digital

Com o conhecimento tão profundo e vasto que a Biologia tem gerado nas últimas décadas, vemos emergir um novo paradigma na produção, tratamento e difusão do conhecimento biológico: a BIOINFORMÁTICA.

O Conceito

Em sentido restrito, a bioinformática significa a utilização de computadores para tarefas em biologia. Mas esta não é a única definição possível, podendo também significar o entendimento do mundo biológico através dos princípios e técnicas das ciências da informação¹.

Quando Watson e Crick deduziram a estrutura do DNA em 1953, eles perceberam que tal estrutura parecia sugerir o próprio mecanismo de replicação da molécula². Também pareceu provável uma correspondência entre a sequência de nucleotídeos no DNA e a ordem dos aminoácidos em uma proteína. Francis Crick, que em 1957 propôs O Dogma Central da Biologia Molecular (revisto por ele mesmo em 1970), junto com Sydney Brenner e seus colaboradores (1961) comprovaram que eram sequências de três nucleotídeos no DNA (os códons, transcritos em RNA mensageiro) que determinavam a ordem dos aminoácidos nas proteínas².

A partir dali, o DNA começava a ser visto como uma fonte poderosa de informação biológica, além de seu papel central nos organismos vivos, já reconhecido anteriormente.

A Produção e Difusão do Conhecimento

Com o desenvolvimento da PCR (Polymerase Chain Reaction, ou reação em cadeia da DNA polimerase), descrito por Kary Mullis em 1980, foi possível reproduzir in vitro, o fenômeno de replicação do DNA, o que proporcionou grande avanço no conhecimento do DNA. Com aplicação da enzima DNA polimerase, Sanger desenvolveu um método mais eficaz que aquele de seus predecessores (Alan Maxan e Walter Gilbert, 1977, que também se baseava em PCR) utilizando a interrupção da PCR e em seguida analisando os fragmentos de DNA gerados pelas interrupções. Foram as primeiras tecnologias de sequenciamento do DNA³.

Tais técnicas se difundiram e evoluíram de maneira muito rápida, sendo a base da Genômica (estudo da informação total em DNA contido nas células), que teve como grande marco o sequenciamento do genoma humano, publicado em 2001.

Hoje, os métodos computadorizados de sequenciamento não apenas permitem um maior poder de sequenciamento, como também novos métodos de análise das sequências obtidas, de tal modo é possível fazer extensos estudos sem sequer pisar em um laboratório convencional, utilizando apenas softwares, computadores e as bases de dados já disponibilizadas por outros pesquisadores.

Muitos bancos de dados fornecem sequências (bem como dados taxonômicos e aspectos fisiológicos de vários organismos) depositadas por pesquisadores de todo o mundo.

NCBI

O NCBI é, certamente, a plataforma mais conhecida em se tratando de informação biotecnológica. Reúne dados genômicos e biotecnológicos de todo o mundo. Ainda constitui uma boa plataforma de pesquisa para artigos, além de disponibilizar uma ferramenta largamente utilizada: o BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Essa importante ferramenta permite a pesquisa por alinhamentos de sequências disponíveis na base de dados e fornece um método computacional eficiente e rápido de análise, aplicado a diferentes situações de pesquisa.

1000 GENOMES PROJECT 

Projeto cujo objetivo foi sequenciar 1000 genomas humanos representativos das populações de todas as regiões do planeta. A meta dos 1000 genomas já foi ultrapassada e o site constitui uma importante base de dados para pesquisa sobre Genética de Populações humanas.

EuPathDB 

Uma excelente base de dados sobre patógenos eucarióticos é a EuPathDB. Nela, é possível realizar buscas por dados genéticos e diferentes correlações desses dados com a biologia dos organismos, bem como links para ferramentas de análise. Há uma subdivisão em diferentes bases para cada tipo de patógeno abordado (AmoebaDB, CryptoDB, FungiDB, GiardiaDB, MicrosporidiaDB, PiroblasmaDB, PlasmoDB, TrichDB, TritrypDB) além da OrthoMCL.

KEGG

Base de dados com uma interessante característica: fornece um “mapa” das rotas metabólicas. Isso se torna especialmente interessante quando se pretende investigar um determinado alvo terapêutico ou mesmo quando se trabalha com genes cuja função ainda está sendo elucidada.

ViPR

ViPR é uma base de dados voltada para vírus. Algumas bases de dados não ajudam muito na hora de buscar por sequências de vírus. O NCBI, embora seja uma boa fonte, tem uma base de dados mais vasta e de diferentes tipos de organismos, o que pode não ser uma boa característica para buscas mais especializadas em determinados organismos que não da nossa espécie, que possui mais dados disponíveis. Assim como o EuPathDB, o ViPR é uma boa opção para pesquisas relacionadas a patógenos. Na ViPR, diferentes tipos de vírus (RNA fita simples positiva, RNA fita simples negativa, RNA fita dupla e DNA) estão representados e também subdivididos em categorias, o que facilita a busca.

As aplicações

Hoje, estamos falando em Pós-Genômica e Medicina personalizada não apenas como vislumbres do que poderia ser, mas sendo propostas reais para a pesquisa e desenvolvimento no setor saúde e na indústria farmacêutica. Essa visão já está explícita em muitas agendas de pesquisa.

Caso você, caro leitor, não saiba, um mesmo medicamento funciona de formas diferentes (ou mesmo nem funciona) conforme interage com o organismo de um ou de outro paciente. Variações individuais fazem com que as drogas sejam metabolizadas de formas diferentes por diferentes indivíduos. Mas com os avanços da Biologia Molecular e Genética, que estão cada vez mais incorporados à indústria farmacêutica, têm transformado essa realidade. Já pensou receber medicação não apenas baseada no tipo de problema de saúde enfrentado e sim aquele que vai funcionar bem para o SEU genoma? A indústria farmacêutica já não pensa só em drogas que visem atender o maior número de pessoas, mas também tem considerado aqueles de ação personalizada. O desafio para esses medicamentos será sua inserção nos sistemas públicos de saúde, devido seu mais alto custo, mas as tecnologias para isso já estão bem mais próximas do que se possa pensar⁴.

As investigações criminais, já são em muitos países auxiliadas por dados genéticos de muitos criminosos, o que pode facilitar a identificação de autores de muitos crimes. O FBI criou um banco nacional de dados com perfis genéticos de criminosos para contribuir com as investigações. É possível utilizar a identidade genética para demonstrar culpabilidade de criminosos, elucidar trocas de bebês em berçários, identificar corpos e restos mortais em desastres e campos de batalha, determinar paternidade com uma confiabilidade praticamente total⁵.

Os Estados Unidos, compreendendo a limitação de ser uma ilha na detenção desse tipo de conhecimento, tem estabelecido parcerias com outros países inclusive com o Brasil, que já tem centros de excelência na aplicação de técnicas da genética forense.

De um modo geral, a medicina, a indústria farmacêutica e alimentícia, a agricultura, a saúde e vários outros setores da sociedade estão sendo muito impactados e mesmo transformados por essa nova onda de produção, difusão e aplicação do conhecimento biológico.

Referências

1 – MIR, L. Genômica. São Paulo: Ateneu, 2015.

2 – GRIFFITHS, Anthony JF et al. Introdução à genética. Guanabara Koogan, 2013.

3 – FIETO, J.L.R; MACIEL, T.E.F. Sequenciando genomas. In: MOREIRA, L. M. (Org.). Ciências genômicas: fundamentos e aplicações. São Carlos, Sociedade Brasileira de Genética, 2015.

4 – MITIDIERI, Thiago Leone et al. Medicina personalizada: um novo paradigma da P&D farmacêutica?. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, n. 43, 2016.

5 – KOCH, A. & ANDRADE, F. M. A utilização de técnicas de biologia molecular na genética forense: uma revisão.