Traduzido por Ana Luísa Carvalho

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Sabine Hentze e Martina Muckenthaler descrevem a Lucy Patterson o seu trabalho –a detecção de doenças genéticas e o aconselhamento de pacientes potencialmente afectados. No âmbito da recente série de conferências SET-routesw1 Insight Lecturesw2, duas cientistas de Heidelberg, na Alemanha, falam do seu trabalho e experiência na área das doenças genéticas: Sabine Hentze, uma médica especialista em genética humana e aconselhamento genético, e Martina Muckenthaler, professora no Centro de Medicina Pediátrica do Hospital da Universidade de Heidelberg e cujo trabalho incide na hemocromatose, uma doença hereditária caracterizada pela deposição excessiva de ferro em vários tecidos (ver caixa).

As doenças genéticas são causadas por anomalias no ADN de um indivíduo. Estas anomalias podem ser simples, no caso de uma mutação de um nucleótido, ou mais complexas, no caso de remoções ou rearranjos de parte de um cromossoma ou mesmo cromossomas inteiros.

O nosso ADN está sob influência constante de factores que podem causar mutações, tais como radiação de ocorrência natural (para experiências de ensino sobre radiação, ver Peralta & Oliveira, 2009). Além disso, a cópia de uma sequência completa de ADN de uma célula durante cada mitose, é um processo que não está isento de erros. Como resposta, cada célula no nosso corpo mantém um exército de enzimas reparadoras de ADN que constantemente reparam os danos. No entanto, de vez em quando, algumas mutações escapam ao processo de reparação e permanecem no ADN. Se estas mutações ocorrerem em genes importantes podem provocar doenças graves. Uma vez que temos duas cópias de cada gene (uma proveniente da nossa mãe e outra do nosso pai), as mutações que danificam apenas uma cópia do gene podem não causar problemas imediatos, pois existe uma cópia saudável.

Sabine Hentze (à esquerda) e Martina Muckenthaler (à direita) Imagens cortesia de EMBL Photolab

Na realidade, sem nos apercebermos, todos nós somos portadores de entre cinco e dez genes recessivos mutados. Apenas as mutações dominantes se manifestarão sob a forma de doença, mesmo que só uma cópia do gene esteja alterada. No entanto, as mutações recessivas podem tornar-se problemáticas, no caso de tanto a mãe quanto o pai forem portadores de uma cópia mutante do mesmo gene: existe o risco de herdar ambas as cópias. Isto pode causar doenças como a fibrose cística ou anemia falciforme.

Análise cromossomal de um indivíduo de sexo feminino. Um dos cromossomas X forma o que se designa de cromossoma em anel, causando o síndrome de Turner. “Clique” na imagem para aumentar Imagem cortesia de Sabine Hentze

Quando secções inteiras de cromossomas desaparecem ou são trocadas, ou quando cromossomas inteiros são duplicados ou removidos, estas aberrações são frequentemente letais e a criança morre antes do nascimento, ou levam a atraso mental e malformações, em síndromes como o síndrome de Down. É também possível herdar susceptibilidade aumentada para doenças. Algumas mutações, embora não causem doenças, podem aumentar dramaticamente o risco de um indivíduo desenvolver uma condição particular: por exemplo, as mutações herdadas nos genes BRCA1 e BRCA2 levam a um risco aumentado de cancro da mama.

Parte do trabalho da Sabine é investigar e diagnosticar este tipo de doenças nos seus pacientes: “Uma situação típica ocorre quando os pais apresentam um filho, dizendo ‘Ele não tem um desenvolvimento adequado à sua idade. O filho do nosso vizinho, que tem a mesma idade, é muito mais alto e já gatinha. O nosso não consegue fazer isso’.” Existem várias ferramentas e testes disponíveis, mas no que respeita a um diagnóstico, a Sabine afirma: “Principalmente, e no centro de tudo estamos nós, os médicos, cuja missão é observar, ouvir, examinar e avaliar.” Após um cuidado exame clínico, e informados sobre o historial familiar, a Sabine pode ser já capaz de adivinhar qual será a causa da doença do paciente. O próximo passo é descobrir qual a mutação, responsável pela doença.

A análise cromossomal foi usada, pela primeira vez, pelo geneticista e pediatra Jérôme Lejeune, que, em 1959, descobriu que as crianças que padeciam de síndrome de Down possuíam uma cópia extra do cromossoma 21. Mesmo hoje em dia, existem muitas questões que podem ser respondidas usando esta técnica, mais do que com um teste genético: células extraídas de um paciente são cultivadas em laboratório, fixadas, preparadas e coradas para que os cromossomas possam ser estudados ao microscópio.

No entanto, algumas doenças são causadas por rearranjos ou omissões demasiado pequenos para serem detectados por análise cromossomal convencional, pelo que, em alternativa, é usada uma técnica designada FISH (fluorescent in situ hybridisation; hibridação in situ com sondas fluorescentes). Pequenas sondas de ADN, marcadas para fluorescência, são “desenhadas” para hibridarem com sequências específicas na região do cromossoma que se supõe estar afectado, e, numa amostra dos cromossomas do paciente, os médicos verificam se e onde ocorre hibridação. Então, quando é que recorremos a um teste genético? “Eu escolho um, se suspeitar de uma doença específica, para a qual conhecemos o gene e a possível mutação”, diz a Sabine.

Técnica de FISH com sondas que ligam a sequências específicas de ADN. De notar, a omissão no cromossoma 22 na amostra à direita. Esta causa Síndrome de DiGeorge, caracterizado pela ausência das glândulas do timo e paratiróides, resultando em deficiência imunitária, pequena estatura e malformações na cara, coração e grandes vasos Imagem cortesia de John Crolla, Wellcome Images

A Hemocromatose, a doença na qual a Martina se especializou, é a doença hereditária mais comum no mundo ocidental, e, em 85-90% dos casos na Europa central, é causada por uma mutação específica no gene HFE (ver caixa abaixo). Se os pacientes parecem padecer desta doença ou se suspeitam que a sua família seja portadora, é possível fazer um teste genético, em busca de mutações HFE. O ADN do paciente é isolado, normalmente a partir de uma amostra de sangue, e os nucleótidos do gene HFE, no qual ocorrem as mutações pontuais mais comuns, são sequenciados e esta sequência é comparada com a sequência encontrada em indivíduos saudáveis.

Hemocromatose

A Hemocromatose é a doença hereditária mais comum no mundo ocidental. É uma condição que faz com que o organismo absorva e armazene no fígado, coração, pâncreas e outros tecidos, quantidades perigosamente elevadas de ferro da alimentação. Para além de uma pigmentação bronze da pele, esta condição pode causar falência do fígado, ou coração, ou diabetes, uma vez que os humanos, como quase todos os animais, não conseguem eliminar o excesso de ferro.

Um fígado afectado por hemocromatose (à direita), comparado com um fígado saudável (à esquerda). De notar, o excesso de ferro (corado com azul da Prússia) Imagens cortesia de Martina Muckenthaler

O ferro é um componente essencial da hemoglobina, a molécula responsável pelo transporte de oxigénio nos glóbulos vermelhos. Além disso, é um co-factor dos citocromos, proteínas importantes na obtenção de energia na cadeia respiratória de cada célula. No passado, verificou-se que a prática de então de usar sanguessugas para sangramento, aliviava os sintomas da hemocromatose. Na realidade, esta é a base do tratamento da hemocromatose actualmente, embora sem as sanguessugas.

A síntese de novos glóbulos vermelhos ajuda a reduzir o excesso de ferro. Inicialmente, pensava-se que a doença afectava apenas os homens, tornando-se evidente apenas aos 40-50 anos de idade. No entanto, sabemos agora que as mulheres também podem ter a doença, mas a perda de sangue devida à menstruação e gravidez ajuda a aliviar os sintomas, de uma forma natural.

Em 85-90% dos casos na Europa central, a hemocromatose é causada por uma mutação específica no gene HFE, localizado no cromossoma 6. Pensa-se que surgiu espontaneamente cerca do ano 500 AC num indivíduo de uma tribo céltica, que habitava o vale do Danúbio, e a partir daí ter-se-á espalhado pela Europa, e, com os emigrantes, pela América e Austrália. Na Austrália, todos os pacientes são relacionados com um só emigrante portador da mutação. Uma em cada oito pessoas no mundo ocidental são portadoras desta mutação, mas uma vez que é recessiva, apenas uma em cada 250 pessoas desenvolverá sintomas de hemocromatose.

Investigadores como Martina Muckenthaler pensam que é provável que a mutação HFE se tenha disseminado tanto porque conferia uma vantagem selectiva: “Historicamente, as mulheres tinham muitos filhos. As crianças em crescimento e os nascimentos, que causavam grandes perdas de sangue, esgotavam as reservas de ferro. Além disso, comia-se pouca carne e, uma vez que é aí que se encontra a maior parte do ferro da nossa dieta, era muito difícil repor as reservas de ferro. E também, no passado, os humanos não viviam muito tempo, pelo que os sintomas da doença não chegavam a surgir. Isto significa que a mutação no gene HFE era uma grande vantagem em termos de selecção natural: as pessoas com esta mutação reproduziam-se com mais sucesso do que as que não tinham a mutação.” Como é que esta mutação causa acumulação excessiva de ferro? O organismo absorve o ferro no intestino via uma proteína transportadora especializada. O ferro é então armazenado nas células do fígado ligado a uma proteína de armazenamento de ferro, a ferritina, até que o organismo dele necessite. Ferro em excesso pode levar à produção de radicais de oxigénio, danificando as células e levando à sua morte.

Uma mulher junto a uma mesa coloca uma sanguessuga no seu antebraço esquerdo; na mesa, encontra-se um frasco contendo sanguessugas. Em Historia medica, in qua libris IV animalium natura, et eorum medica utilitas esacte & luculenter by Guillaume van den Bossche (1638) Imagem de domínio público; fonte da imagem National Library of Medicine

Para assegurar que nenhum ferro está em excesso, o fígado detecta quanto ferro está disponível e traduz esta informação na produção de uma hormona designada hepcidina – quanto mais ferro, mais hepcidina. No intestino, a hepcidina destrói as proteínas transportadoras de ferro, para que estas não recolham mais ferro.

A regulação da hepcidina é deficiente nas pessoas com hemocromatose, causando uma acumulação excessiva de ferro nos intestinos e armazenamento igualmente excessivo no fígado Imagem cortesia de Martina Muckenthaler

A Martina desenvolveu um microarray especial, contendo 500 genes relacionados com o metabolismo do ferro, usando o ratinho como organismo modelo. Com este método, o seu grupo de investigação comparou a actividade genética das células de fígado de ratinhos saudáveis com as células de fígado de ratinhos modificados para transportarem a mutação HFE, causadora de hemocromatose em humanos. Descobriram que com a mutação HFE, a hepcidina não é regulada de forma eficiente, mesmo quando existe ferro suficiente, levando a uma acumulação de ferro. Através da sua investigação, a Martina e outros procuram agora uma compreensão mais detalhada deste processo.

Muitas vezes, as crianças sofrem de uma doença física ou mental não específica, causada por mutações numa série de genes em diferentes cromossomas. Aqui, as técnicas de coloração dos cromossomas não permitem a obtenção de resolução suficiente para a identificação do gene defeituoso – mas a sequenciação individual de todos os genes potencialmente afectados seria, no entanto, uma árdua tarefa. Nestes casos, os geneticistas como a Sabine usam uma nova tecnologia: os microarrays (para uma explicação detalhada sobre microarrays e uma sugestão de apresentação numa aula, ver Koutsos et al., 2009). Os microarrays aceleram largamente o processo de teste genético; uma vez que dezenas ou centenas de milhar de regiões do genoma podem ser testados simultaneamente, é possível efectuar testes para várias desordens. No futuro, os cientistas esperam que venha a ser possível desenvolver um microarray capaz de, de uma forma simples e rápida, testar todas as doenças genéticas e predisposições.

Nenhum pai ou mãe desejam que um seu filho nasça com uma doença genética. Até há pouco tempo, os testes pré-natais eram a única opção disponível para determinar se um bebé nasceria com uma doença grave. No entanto, desde o aparecimento da fertilização in vitro, tornou-se possível analisar as características genéticas de um embrião antes da sua implantação no útero, uma técnica designada diagnóstico genético pré-implantatório.

Actualmente, estão disponíveis muitos testes para doenças genéticas bem caracterizadas, que permitem aos pais, em risco de transmitirem uma doença genética, a selecção de um embrião saudável para implantação. Em muitos aspectos, isto é excelente, uma vez que significa que os progenitores não terão que passar pelo processo de análise do embrião no útero (amniocentese, que traz algum risco para o bebé), esperar pelos resultados, e tomar a decisão de interromper a gravidez, se o resultado for desfavorável.

Fertilização in vitro Imagem cortesia de ktsimage / iStockphoto

Quanto mais sabemos sobre a base genética das várias doenças e características, e quanto mais sofisticados se tornam os métodos de análise, mais análises podemos realizar. Obviamente, nenhum progenitor quereria que um filho sofresse de uma doença grave – mas e quanto a doenças menos graves, como a hemocromatose, a surdez congénita ou mesmo a miopia? Quem pode dizer que uma criança com estas características não viveria uma vida tão preenchida quanto a de uma pessoa saudável? Essencialmente, esta questão traz à luz o assunto sobre o que é ser normal. Onde estabelecemos a fronteira que separa as características genéticas aceitáveis das que não o são? Além disso, será aceitável permitir aos progenitores escolher o sexo do seu filho, a sua altura ou beleza ou inteligência?

Imagem cortesia de jgroup / iStockphoto

Outra questão importante é se realmente queremos saber o que os nossos genes nos reservam. E se descobrisse que possui um elevado risco de desenvolver uma doença grave? Poderia alterar o seu estilo de vida para adiar o aparecimento da doença ou reduzir os seus sintomas, mas como se sentiria sabendo o risco que corre? E se as companhias de seguros ou potenciais empregadores tivessem acesso a essa informação? E se houvesse o risco de transmitir essa doença aos seus filhos? Não gostaria o seu companheiro de saber? Será que isso alteraria os sentimentos dele/dela por si? Para sugestões sobre como estimular a discussão destes assuntos numa aula, ver Strieth et al. (2008).

É nesta fase que o trabalho de consultores genéticos como a Sabine Hentze é realmente essencial: “Para além do meu trabalho de laboratório, passo muito do meu tempo no aconselhamento de pacientes, por outras palavras, em comunicação: o que significa este resultado? O que significa para mim, para o nosso filho, para a nossa família, para o nosso futuro?

E é através do trabalho de consultores genéticos que nos apercebemos que uma das mais importantes considerações a ter em análise genética é o direito que as pessoas têm de não saber.

Referências

Koutsos A, Manaia A, Willingale-Theune J (2009) Fishing for genes: DNA microarrays in the classroom. Science in School 12: 44-49. www.scienceinschool.org/2009/issue12/microarray

Peralta L, Oliveira C (2009) Radioactividade na sala de aula. Science in School 12: 57-61. www.scienceinschool.org/2009/issue12/radioactivity/portuguese

Strieth L et al. (2008) Meet the Gene Machine: stimulating bioethical discussions at school. Science in School 9: 34-38. www.scienceinschool.org/2008/issue9/genemachine

Referências da Internet

w1 – Para mais informação sobre a organização das SET-routes, promovendo as mulheres na ciência, consultar www.set-routes.org

w2 – As SET-routes Insight Lectures consistem numa série de palestras científicas interactivas para uso nas escolas. Apresentadas por mulheres cientistas notáveis, as palestras revelam o excitante mundo da ciência, engenharia e tecnologia (SET de Science, Engineering and Technology), abordando temas tão diversos como ciência espacial; alterações climáticas, aconselhamento genético; hemocromatose e chips de ADN; malária, células estaminais e regeneração; arqueologia do Universo; e cosmologia. Ver: www.set-routes.org/lectures

Fontes

Os jogos de cartas Democs para debate de tópicos sobre diagnóstico pré-implantatório e testes genéticos sem prescrição médica podem ser obtidos aqui: www.neweconomics.org/gen/democs.aspx

Para um artigo Science in School sobre Democs, consultar:

Smith K (2007) Democs: a conversation card activity for teaching science and citizenship. Science in School 4: 27-19. www.scienceinschool.org/2007/issue4/democs

O site Genes are Us disponibiliza pequenos filmes e actividades sobre doenças genéticas, ver em: www.genesareus.org

Para uma introdução a várias das doenças genéticas mais comuns, consultar Genetic Disorders Library (Biblioteca de Doenças Genéticas) (http://learn.genetics.utah.edu/content/disorders/whataregd) secção da Learn.Genetics (http://learn.genetics.utah.edu), o Centro de Aprendizagem de Ciência Genética (Genetic Science Learning Center) da Universidade do Utah, EUA.

Para saberes mais sobre radicais de oxigénio no teu corpo e como combatê-los, lê: Farusi G (2009) Pesquisando alimentos antioxidantes. Science in School 13: 39-43. www.scienceinschool.org/2009/issue13/antioxidants/portuguese

Se este artigo te abriu o apetite, podes encontrar literatura adicional sobre os últimos avanços e opinião em análise genética e genómica individual no blog de ciência de Daniel MacArthur, Genetic Future (Futuro Genético): http://scienceblogs.com/geneticfuture

Se consideraste este artigo interessante e útil, talvez queiras “navegar” por todos os artigos relacionados com medicina e publicados na Science in School. Ver: www.scienceinschool.org/medicine

Lucy Patterson terminou o seu doutoramento na Universidade de Nottingham, Reino Unido, em 2005, e trabalha desde então como investigadora pós-doutorada, inicialmente em Oxford, Reino Unido, e posteriormente em Freiburg e Colónia, na Alemanha. Durante este período, trabalhou em diferentes questões de biologia do desenvolvimento, o estudo de como os organismos crescem e se desenvolvem desde um ovo fertilizado até à maturidade, utilizando embriões de peixe-zebra. Possui grande interesse e entusiasmo pela ciência e encontra-se no início da sua carreira como comunicadora de ciência.