facebook button

ATIVIDADES PARA MIÚDOS E GRAÚDOS

aprender ciência
em todo o lado!

  
primeiro contacto

15 - 18 ANOS

Um pouco
mais além

 

Vamos falar de...
Numa linguagem simples, vamos falar-te de alguns temas científicos sempre actuais!

A Clonagem refere-se à obtenção, por via de cultura, de numerosas células vivas idênticas a partir de uma célula única.

É um processo de reprodução assexuada que resulta na obtenção de cópias geneticamente idênticas de um mesmo ser vivo, produção de indivíduos geneticamente iguais.

Os indivíduos obtidos por clonagem designam-se por clones. Estes são definidos como uma população de moléculas, células ou organismos originados a partir de uma única célula e que são idênticas à matriz original.

A clonagem divide-se em duas categorias: a clonagem natural e a clonagem artificial, na qual se inserem: a clonagem reprodutiva e a clonagem terapêutica.

- Clonagem Natural

A clonagem natural está presente em todos os seres originados a partir da reprodução assexuada, ou seja, na qual não há participação das células sexuais (gâmetas), como é o caso das bactérias, a maioria dos protozoários e de algumas leveduras. Existem vários processos de reprodução assexuada, sendo os mais conhecidos a fragmentação, a bipartição, a partenogénese, a gemulação, a esporulação e a multiplicação vegetativa.

 

Figura 1 – a) Reprodução por fragmentação da estrela-do-mar. b) Reprodução por gemulação das leveduras.

 

- Clonagem Artificial

A clonagem artificial é uma técnica da engenharia genética aplicada a vegetais e animais, neste caso, o termo aplica-se a uma forma de reprodução assexuada produzida em laboratório, de forma artificial, baseada num único património genético.

A partir de uma célula-mãe, ocorre a produção de uma ou mais células (idênticas entre si e à original). Os indivíduos que se formam a partir desta célula vão ter as características do indivíduo doador. A clonagem é assim um processo de obtenção em laboratório, de indivíduos geneticamente semelhantes, através de técnicas de manipulação de células e de tecidos.

- Clonagem Reprodutiva

A clonagem reprodutiva é um processo que visa a obtenção de novos indivíduos cujo genoma é igual ao indivíduo doador. Para a sua realização recorre-se à técnica de transferência nuclear, que se baseia na remoção do núcleo de um ovócito e a substituição por um outro núcleo de uma célula somática. Após a fusão, ocorre a diferenciação das células. Depois de cinco dias de fecundação, o embrião já com 200 a 250 células, é denominado de blastocisto, nesta fase ocorre a implantação do embrião na cavidade uterina. Após o período de gestação surge um indivíduo com um património genético idêntico ao do doador da célula somática.

 

Figura 2 – Processo de clonagem reprodutiva.

 

- A Ovelha Dolly

A ovelha mais célebre da história, Dolly, nasceu a 5 de julho de 1996 num laboratório da Escócia. Criada por Keith Campbell e Ian Wilmut, do Instituto Roslin, Dolly foi o primeiro mamífero a ser clonado a partir de uma célula adulta, uma cópia genética de um animal vivo.

Os investigadores anunciaram que tinham clonado com sucesso uma ovelha usando material genético de uma célula diferenciada de um animal adulto apenas em 1997. Keith Campbell e Ian Wilmut, conseguiram clonar um animal através da remoção do núcleo de uma célula somática, da glândula mamária de uma ovelha e sua inclusão num ovócito, cujo núcleo foi removido. Esse ovócito foi submetido a estimulação elétrica que ativou a divisão celular. Após cultivo no laboratório durante uma semana, o embrião foi implantado na mãe adotiva. E assim nasceu a Dolly, o primeiro mamífero clonado de uma célula adulta.

 

Figura 3 – Processo de clonagem da ovelha Dolly.

 

A ovelha Dolly apresentava o mesmo ADN nuclear do doador da célula somática, sendo o ADN mitocondrial proveniente da ovelha que forneceu o ovócito. A técnica que ficou conhecida como transferência nuclear de células somáticas, não era muito eficaz, uma vez que foram necessárias 227 tentativas para a obtenção da ovelha Dolly.

Em 1999 os investigadores anunciaram que Dolly sofria de envelhecimento precoce, o que iniciou uma discussão sobre a influência da clonagem no processo de envelhecimento. Em 2002, foi anunciado que esta sofria de artrite degenerativa e em fevereiro de 2003 foi abatida, para evitar uma morte dolorosa, devido a uma infeção pulmonar incurável.

 

Figura 4 – Ovelha Dolly com o cientista Ian Wilmut.

 

Atualmente a clonagem é uma das técnicas de manipulação genética mais mediáticas. Desde o aparecimento da Dolly, que a técnica tem sido utilizada para produzir clones de outros mamíferos, como por exemplo, gatos, cães, porcos ou cavalos. Este tipo de clonagem, em que se pretende criar um novo ser “cópia” de outro, designa-se por clonagem reprodutiva.

- Clonagem Terapêutica

A clonagem terapêutica designa a técnica que tem como objetivo a formação de órgãos ou tecidos para transplante. É um procedimento cujos estágios iniciais são idênticos à clonagem para fins reprodutivos, difere somente no facto do blastocisto não ser introduzido no útero. O blastocisto é utilizado em laboratório para a produção de células totipotentes a fim de produzir tecidos ou órgãos. Esta técnica tem como objetivo produzir uma cópia saudável do tecido ou do órgão de uma pessoa doente para transplante.

 

Figura 5 – Processo de clonagem terapêutica.

O sangue é o fluido circulante no sistema circulatório e é através dele que os nutrientes e o oxigénio chegam às células, para a realização do conjunto de reações químicas que constituem o metabolismo celular (reações anabólicas e catabólicas). Por outro lado, é através do sangue que as células eliminam o dióxido de carbono e outras substâncias tóxicas resultantes do metabolismo celular.

O ramo da biologia que estuda o sangue é a hematologia, que se dedica ao estudo dos constituintes do sangue, sua produção e órgãos onde são produzidos, assim como doenças relacionadas com o sangue. O processo de formação/renovação das diversas células sanguíneas denomina-se hematopoiese.

O sangue é constituído por uma porção líquida – o plasma – e por células com funções diferentes – hemácias, leucócitos e plaquetas (figura 1).

 

Figura 1 – Representação de uma observação ao microscópio dos constituintes do sangue.

 

O plasma é composto por água, iões, nutrientes, proteínas e outras moléculas, tais como hormonas não proteicas, e resíduos do metabolismo. O plasma desempenha diversas funções, como transporte de moléculas, manutenção da pressão osmótica e coagulação.

As hemácias, também denominadas de glóbulos vermelhos ou eritrócitos, são células sem núcleo (anucleadas), em forma de disco e com um tempo médio de vida de 120 dias. Estas células contêm hemoglobina, uma proteína que confere a cor vermelha ao sangue. A função das hemácias é o transporte de gases (oxigénio e dióxido de carbono).

Os leucócitos ou glóbulos brancos são células nucleadas, responsáveis pela resposta imunitária, isto é, pela defesa do organismo contra agentes patogénicos, potencialmente causadores de doença. A estrutura e as características químicas dos leucócitos permitem agrupá-los em duas categorias principais: granulócitos e agranulócitos. Os granulócitos contêm grânulos específicos no citoplasma e incluem os neutrófilos, os eosinófilos e os basófilos. Os agranulócitos não possuem grânulos específicos no citoplasma e incluem os linfócitos e os monócitos.

As plaquetas sanguíneas ou trombócitos são fragmentos celulares muito pequenos resultantes de megacariócitos (células gigantes polinucleadas presentes na medula óssea e envolvidas no processo de produção dos elementos celulares que compõem o sangue). As plaquetas são responsáveis pela coagulação do sangue, impedindo ou bloqueando hemorragias.

Genética e grupos sanguíneos

Cada indivíduo apresenta na membrana das suas hemácias e no plasma proteínas diferentes determinadas geneticamente, as quais se denominam antigénios e anticorpos, respetivamente. As diferenças no tipo de sangue de diversos indivíduos foram comprovadas por Karl Landsteiner (cientista austríaco) no início do século XX, permitindo a classificação dos grupos sanguíneos ou tipos sanguíneos. Na população existem três formas alélicas possíveis (IA, IB e IO) que originam quatro fenótipos sanguíneos (A, B, AB e O), constituindo assim o denominado Sistema ABO (figura 2). O sistema ABO é, portanto, um caso de alelos múltiplos. No entanto, cada indivíduo apenas possui dois alelos, herdados dos seus progenitores. Para além do polialelismo, o sistema sanguíneo ABO inclui ainda um exemplo de co-dominância em que os alelos A e B se expressam simultaneamente. O alelo O é recessivo em relação aos alelos A e B.

 

Figura 2 – Características dos grupos sanguíneos (Sistema ABO).

 

Além do Sistema ABO, existe o Sistema Rhesus em que existe um alelo que determina o aparecimento do fator Rh, que é um antigénio presente na membrana das hemácias. Estes antigénios induzem a formação dos anticorpos anti-Rh. Assim, um grupo sanguíneo Rh+ (positivo) indica a presença do antigénio Rh e um grupo sanguíneo Rh- (negativo) indica a sua ausência. Determina-se a presença deste antigénio mediante a reação com o soro anti-D, altamente antigénico. Os fatores Rh apresentam numerosas variantes antigénicas tais como Du, Dw, Cu, Eu, etc., das quais a primeira merece menção especial.

A pesquisa do fator Rh é de extrema importância para a prevenção da doença hemolítica do recém-nascido ou eritroblastose fetal, uma vez que, numa gravidez em que a mãe é Rh- e gera um filho Rh+, surge incompatibilidade feto-materna. Nesta situação, o filho possui antigénios que induzem a produção de anticorpos pela mãe. Estes anticorpos podem passar para o filho e destruir as suas hemácias devido ao processo de aglutinação. Esta situação agrava-se, numa segunda gravidez de um filho Rh+. A prevenção desta doença hemolítica é feita através da administração de soro Rh- contendo anticorpos anti-Rh, logo após o nascimento do 1º filho.

 

Transfusões sanguíneas e incompatibilidades

A expressão fenotípica das formas alélicas, que determinam o grupo sanguíneo de um indivíduo, resulta na presença de antigénios A e/ou B na membrana das hemácias e anticorpos no plasma (anti-A ou anti-B). O tipo sanguíneo O não apresenta antigénios na membrana das hemácias mas apresenta ambos os anticorpos no plasma. O tipo sanguíneo AB apresenta ambos os antigénios na membrana das hemácias, mas não contém anticorpos no plasma. Estas características vão determinar a compatibilidade ou incompatibilidade sanguínea, uma vez que se estiverem presentes o mesmo tipo de antigénio e anticorpo, as hemácias vão aglutinar com os anticorpos. O processo de aglutinação consiste na reação entre um anticorpo presente ou produzido no plasma (aglutinina) e os antigénios presentes na membrana das hemácias (aglutinogénio), formando um aglomerado de pequenas massas de células. Por esta razão, o portador do tipo sanguíneo O é um dador universal e o portador do tipo sanguíneo AB é um recetor universal (figura 3).

Assim, é muito importante que as transfusões sanguíneas sejam feitas com a maior segurança para o paciente, para prevenir incompatibilidades entre o sangue do dador e do recetor, sendo necessário determinar os seus grupos (sistema ABO) e tipos (fator Rh). A compatibilidade entre dador e recetor é fundamental para a segurança transfusional.

Figura 3 – Compatibilidades entre os grupos sanguíneos do sistema ABO

Uma transfusão sanguínea pode ser necessária para repor perdas de sangue completo provocadas por hemorragias, ou para o tratamento de défices específicos de algum dos componentes sanguíneos, para o qual se utiliza um hemoderivado. Os médicos podem recorrer a uma transfusão sanguínea para, aumentar a capacidade do sangue em transportar oxigénio, restaurar o volume de sangue do corpo, melhorar a imunidade e corrigir problemas de coagulação.

Uma transfusão de glóbulos vermelhos é utilizada para tratar uma anemia. A transfusão de plasma é feita em casos de choque ou para repor a perda de líquidos orgânicos. Quanto à transfusão de plaquetas e/ou glóbulos brancos, a transfusão é feita em situações de défices específicos (devido a doenças da medula óssea ou leucemias). Para a prevenção de hemorragias em pacientes hemofílicos são utilizados concentrados de fatores de coagulação.

Em cada organismo humano circulam entre 5 a 6 litros de sangue, dependendo da estrutura física de cada um. O sangue doado é rapidamente reposto pelo organismo. Os homens podem dar sangue de 3 em 3 meses (4 vezes/ano) e as mulheres de 4 em 4 meses (3 vezes por ano), sem qualquer prejuízo para si próprios. Uma unidade de sangue total representa aproximadamente 450 mL.

O dador de sangue deve ter hábitos de vida saudável, bom estado de saúde, peso igual ou superior a 50Kg e idade compreendida entre os 18 e os 65 anos, sendo que para a primeira dádiva o limite de idade é aos 60 anos.

Na colheita de sangue, o sistema de sacos múltiplos para onde o sangue é colhido permite que todo o processo seja feito em circuito fechado e estéril, garantindo assim a segurança e qualidade máximas na obtenção dos componentes sanguíneos.

 

O Instituto Português do Sangue (IPS) é o único organismo competente e responsável pela gestão da Medicina Transfusional a nível nacional, estando as suas atividades relacionadas com a transfusão de sangue, desde a colheita da dádiva até à administração do componente sanguíneo.

Atualmente, para um aproveitamento máximo da dádiva de sangue, são utilizados sacos para colheita de sangue em polivinilcloreto (PVC), com sacos satélites acoplados que possibilitam a transferência de frações de sangue para estes sacos em sistema fechado.

Os sacos para colheita contêm anticoagulante para permitir uma colheita de cerca de 450 mL de um indivíduo adulto saudável. Apesar do armazenamento a baixas temperaturas diminuir a atividade glicolítica, os anticoagulantes e as soluções aditivas prolongam a produção de ATP pelos processos glicolíticos aeróbios. O armazenamento das plaquetas deve ser feito a temperaturas entre os 20ºC-24ºC, com agitação contínua e controlada, por um período máximo de 5 dias.

Os antioxidantes são um conjunto heterogéneo de substâncias formadas por vitaminas, minerais, pigmentos naturais e outros compostos vegetais e, ainda, enzimas que bloqueiam o efeito prejudicial dos radicais livres.

Os radicais livres são constantemente produzidos durante o funcionamento normal da célula, na maior parte sob a forma de espécies reativas de oxigénio (ROS). Os radicais livres são átomos quimicamente ativos ou moléculas que apresentam um número ímpar de eletrões na sua órbita externa (Figura 1). Como apresentam um ou mais eletrões ímpares, os radicais livres são altamente instáveis, prejudicando as células, podendo oxidar e danificar lípidos celulares, proteínas e ADN, inibindo a sua função normal e conduzindo a várias doenças. Quando a produção de radicais livres é superior à capacidade dos antioxidantes, ocorre o denominado processo de stresse oxidativo.

A manutenção do equilíbrio entre a produção de radicais livres e as defesas antioxidantes é uma condição essencial para o funcionamento normal do organismo. Alguns nutrientes (vitamina C, E e A e minerais) e produtos naturais (carotenoides, flavonoides, e outros polifenois), Zinco, Selénio e Licopeno são antioxidantes, estas substâncias impedem a oxidação de moléculas que constituem as membranas das células e outros elementos importantes para o metabolismo celular (Figura 1). Assim, os antioxidantes são de extrema importância, uma vez que, ajudam na prevenção do desenvolvimento de várias doenças como o cancro, doenças cardíacas, doença de Alzheimer, artrite reumatoide entre outras.

Estes compostos bioativos estão presentes em hortaliças, frutas, cereais, chás, café, cacau, vinho, suco de frutas, soja entre outros.

 

Figura 1 – Formação de radicais livres e sua neutralização pelos antioxidantes.

 

De seguida são descritos alguns alimentos que apresentam capacidade antioxidante e outros nutrientes, importantes para a prevenção de diversas patologias:

Abóbora – Contém um elevado conteúdo de carotenos, particularmente o beta-caroteno, que apresenta ação antioxidante. Estudos revelaram que uma alimentação rica em alimentos que contém este antioxidante pode reduzir o risco de desenvolver alguns tipos de cancro, prevenindo as doenças cardiovasculares e degenerativas.

Acelga – É uma hortícola que apresenta uma elevada quantidade de fibra e água, de extrema importância para o funcionamento adequado do intestino e regulação dos níveis plasmáticos. Contém ainda potássio, importante na regulação da tensão arterial, vitamina C, um antioxidante, que auxilia na proteção do organismo, cálcio e fósforo, fundamental na manutenção da saúde óssea e dentária.

Aipo – O aipo é rico em vitamina C, promove a resistência a infeções, sendo um importante antioxidante, ajudando a proteger contra danos nas células, o potássio intervém na contração muscular, ritmo cardíaco e na regulação da tensão arterial. Apresentando ainda quantidades de cálcio e fósforo importante para a saúde óssea.

Alho francês – É rico em vitamina C e ácido fólico que, por serem antioxidantes, ajudam o sistema imunitário a proteger o organismo contra infeções e outros danos. Presença de vitamina B6 e B12, importantes para a manutenção das paredes dos vasos sanguíneos e diminuição de risco de doença cardiovascular. Para além disso, o alho francês ainda possui ferro, que desempenha um papel importante no transporte de oxigénio no organismo, na produção de energia e no sistema imunitário.

Ananás – O ananás é rico em bromelaína, uma enzima proteolítica, que facilita a digestão e atua como anti-inflamatório. Estudos realizados demonstraram que a bromelaína inibe uma grande variedade de agentes inflamatórios. O conteúdo em vitamina C confere-lhe uma ação antioxidante.

Beringela – Apresenta um elevado teor de potássio que é importante para a manutenção dos fluidos corporais e eliminação de toxinas, para a contração muscular, ritmo cardíaco e regulação da tensão arterial. A presença de magnésio, cálcio e fósforo são importantes para a saúde óssea e o ácido fólico importante para a manutenção do sistema imunitário e atividade antioxidante.

Brócolos – Contém um fitonutriente, denominado de sulforafano, que aumenta a ação de enzimas responsáveis pela destruição de agentes patogénicos ao organismo, possuindo assim propriedades anticancerígenas, importantes na prevenção de várias doenças. Na sua constituição estão ainda presentes carotenos e vitamina C importantes na prevenção de doenças cardiovasculares e cálcio e fósforo benéfico para a saúde óssea.

Espinafre – Possui na sua composição inúmeros compostos antioxidantes, em especial do grupo dos flavonoides, apresentando assim propriedades anticancerígenas, sendo muito importante na prevenção da aterosclerose, devido à presença de vitamina A (sob a forma de beta-caroteno) e C, dois potentes antioxidantes, prevenindo a oxidação do colesterol nos vasos sanguíneos.

Cereja – Possui uma elevada diversidade de nutrientes, e uma grande quantidade de flavonoides e polifenóis, importantes antioxidantes. A presença de vitaminas e sais minerais são importantes para o sistema imunitário, o teor em fibra, potássio e a quantidade de água são essenciais para recuperar de perturbações renais.

Rabanete – Para além da presença de antioxidantes, que conseguem reduzir o risco de vários tipos de cancro, o rabanete possui inúmeras propriedades, sendo associado à diminuição da concentração sanguínea de homocisteína, aminoácido associado ao desenvolvimento de doenças cardiovasculares.

Tangerina – Possui um elevado teor em vitamina C, antioxidante importante para o sistema imunitário. Contém ainda ácido fólico importante no combate à anemia e às doenças cardiovasculares. A presença de elevada quantidade de água e elevado teor em potássio provocam um efeito diurético.

Chá verde – Possui na sua constituição catequinas, que atuam como antioxidantes, inibindo as enzimas envolvidas na produção de radicais livres, para além disso também previnem a oxidação de outras vitaminas antioxidantes, como a vitamina E, prevenindo o desenvolvimento de doenças cardiovasculares.

 

Além dos alimentos mencionados anteriormente, frutas e verduras ricas em beta-caroteno (laranja, cenoura e vegetais de cor amarela), vitamina E (ovos, óleos vegetais, nozes e sementes), vitamina C (frutas cítricas, melão, pimenta) são ótimas fontes de antioxidantes.

Assim, pode-se concluir que, uma alimentação variada, rica em frutas, legumes e cereais, é muito importante para a manutenção saudável do organismo, evitando o desenvolvimento de patologias associadas ao excesso de produção de radicais livres.

As vacinas são desenvolvidas com o objetivo de atuar sobre o sistema imunitário para estimularem a produção de anticorpos contra um determinado agente infeccioso. As vacinas contêm antigénios (partículas estranhas ao organismo), que quando administradas a um indivíduo, não desencadeiam a doença, mas induzem o sistema imunitário a produzir anticorpos específicos para o agente infeccioso. Assim, desenvolve-se proteção sem manifestação de doença.

As vacinas são o meio mas eficaz e seguro de proteção contra as doenças infecciosas. São responsáveis pela prevenção de 3 milhões de mortes de crianças por ano em todo o mundo.

O antigénio da vacina é normalmente composto por microrganismos (vírus ou bactérias) completos, mortos ou atenuados, ou por um fragmento desses microrganismos, por exemplo, uma parte da parede celular de uma bactéria, uma toxina inativa. É necessário que o antigénio escolhido seja “imunogénico”, ou seja, deve desencadear uma reação imunitária e não provocar a doença. O antigénio da vacina é apresentado em pequenas quantidades na dose da vacina, numa forma purificada, diluído num líquido estéril e por vezes combinado com adjuvantes, que amplificam a reação imunitária.

Ação das vacinas no sistema imunitário

A função imunológica tem sido conceitualmente dividida em imunidade inata e imunidade adaptativa. Assim, uma infeção por um determinado microrganismo provoca em primeiro lugar uma reação imediata, imunidade inata, onde a partir do tecido lesado são segregadas substâncias químicas que vão ajudar a desencadear uma reação de defesa. É representada por barreiras físicas, químicas e biológicas, que impedem a entrada de microrganismos, células fagocitárias (neutrófilos e macrófagos) e células especializadas, célula natural killer (NK).

Esta reação inata, apesar de fundamental, não é específica para o agente infeccioso, não sendo por vezes suficientemente eficaz e para além disso não induz memória imunológica. O segundo tipo de reação, imunidade adaptativa ou adquirida, surge mais tarde, mas é dirigido especificamente para o agente em questão, através da produção de proteínas específicas, anticorpos, que são produzidos pelos linfócitos B e vão reagir com as proteínas (antigénios) do agente infeccioso, impedindo a sua multiplicação e promovendo a sua destruição. Para além disso vão ser ativadas as chamadas células de memória, que vão permitir que o organismo reconheça e produza rapidamente os anticorpos específicos, sempre que entrar novamente em contacto com o agente (Figura 1).

 

Figura 1 – Imunidade inata e adaptativa.

As vacinas são uma maneira de ter disponível, os anticorpos específicos, sempre que um agente infeccioso pretende invadir o organismo. Para isso é necessário a exposição a um antigénio, de modo a estimular o sistema imunitário a produzir anticorpos e células de memória, conferindo resistência a longo prazo. Assim, quando um indivíduo entra em contacto com o microrganismo contra o qual foi vacinado, o organismo reconhece o referido agente, e ativa imediatamente a produção de anticorpos protetores. Ou seja, as células de memória reconhecem rapidamente o antigénio, desencadeando uma resposta imunitária secundária.

Os anticorpos desaparecem após a eliminação do antigénio invasor. As células de memória permanecem no organismo, inativas, prontas para dar uma resposta imunitária secundária, mais rápida, mais intensa e de maior duração (Figura 2).

Assim, a vacina tem a função de desencadear uma resposta imunitária primária, provocando a produção de células de memória que estarão prontas para responder a um segundo contacto com os agentes patogénicos para os quais estão sensibilizadas.

 

Figura 2 – Ação das vacinas sobre o sistema imunitário.

 

As vacinas de primeira geração podem ser produzidas com o vírus atenuado ou com o vírus morto, no caso de vacinas de vírus atenuados, o agente patogénico é atenuado através de agentes químicos ou por ação de calor, continuando o vírus com capacidade de reprodução. Os vírus atenuados estimulam o sistema imunitário a produzir anticorpos, de forma a combater o vírus.

Vacinas com vírus inativados, provêm de partículas virais mortas (antigénios), sendo que a imunidade é de curta duração, uma vez que os antigénios tendem a degradar-se.

Avanços tecnológicos permitiram o desenvolvimento de novas estratégias para a obtenção de antigénios e a aquisição de vacinas mais seguras, eficazes e polivalentes.

Assim surgiram as vacinas de segunda geração, ou seja, vacinas de subunidades constituídas por antigénios purificados ou vacinas recombinantes e, mais recentemente, as vacinas de terceira geração, vacinas genéticas, em que os genes que codificam antigénios potencialmente imunizantes, são carregados por plasmídeos de ADN.

A vacinação é considerada uma das mais benéficas intervenções biofarmacêuticas devido à sua capacidade em induzir proteção contra doenças infeciosas, através da ativação do sistema imunitário. No entanto, nem todos têm acesso à vacinação, em países subdesenvolvidos devido a questões económicas e falta de infraestruturas, continuam a morrer milhões de pessoas todos os anos.

A síndrome de Hutchinson-Gilford, denominada como progeria (Hutchinson-Gilford progeria syndrome - HGPS) é uma doença rara de origem genética que se caracteriza pelo envelhecimento precoce e acelerado em crianças. A palavra progeria deriva da palavra grega progeras, “pro”, significa precoce e “geras” envelhecimento.

Esta patologia afeta 1 entre 4 a 8 milhões de crianças e o seu diagnóstico é realizado pela observação de vários sintomas, que começam a ser evidentes entre os seis e os doze meses, quando o bebé não consegue ganhar peso e ocorrem alterações cutâneas.

As características desta síndrome incluem: baixa estatura, baixo peso corporal, perda precoce de cabelo, lipodistrofia (alteração na distribuição da gordura do organismo) esclerodermia (doença crónica rara, caracterizada pelo depósito excessivo de colagénio na pele ou outros órgãos), diminuição da mobilidade articular, osteólise, e características faciais que se assemelham a pessoas idosas, pelo contrário o desenvolvimento cognitivo nestes pacientes não sofre alterações. O comprometimento cardiovascular nesta patologia é a grande responsável pela morte precoce dos pacientes.

Em 2003 , os investigadores determinaram, que a principal causa desta doença está associada a uma mutação no exão 11 do gene lâmina A (LMNA) localizado no cromossoma 1, que codifica a proteína lâmina A e C, onde ocorre a substituição de uma citosina por uma timina (C.1824C> T) . O gene LMNA codifica os principais componentes da lâmina nuclear, presente no invólucro nuclear que controla a estrutura do núcleo das células.

Outra forma possível, mas menos comum, de desenvolver esta síndrome é através de uma perda progressiva e acelerada das extremidades dos telómeros, os quais controlam o número de divisões celulares, fenómeno observado no envelhecimento progressivo patológico.

Mutação no gene LMNA

A lâmina A é sintetizada por uma molécula precursora, denominada prelamina A, em quatro etapas pós-tradução. Todas as prelaminas apresentam um domínio globular na sua extremidade C-terminal e outro na N-terminal. O terminal carboxílico contém um motivo característico CAAX (C é cisteína, A é um aminoácido alifático e X é o aminoácido terminal) que é modificado por farnesilação, ou seja, uma feniltransferase adiciona um grupo farnesil (isoprenóide de 15 carbonos) em proteínas que possuem a cisteína no terminal carboxilo.

Posteriormente ocorre uma libertação endoproteolítica dos três últimos aminoácidos da proteína, seguida de metilação do terminal carboxílico farnesil-cisteína por uma metiltransferase. Por último ocorre a libertação endoproteolítica dos últimos quinze aminoácidos havendo libertação da lâmina A. Este esquema de processamento é crucial para a adesão da lâmina A ao invólucro nuclear.

A mutação mais frequente no gene LMNA, em casos de progeria, é originada pela substituição de um nucleótido na posição 1824, de citosina para timina, esta mutação não origina troca de aminoácido, mas ativa um sítio de splicing críptico (áreas alternativas ao splicing que competem com as áreas normais) que provoca a deleção de 50 aminoácidos do terminal carboxílico (Figura 1).

 

Figura 1 – Representação esquemática da síntese de lâmina A e de progerina, prelamina A mutada, responsável pelo desenvolvimento da progeria.

 

Na progeria o sítio de reconhecimento da enzima que requer a clivagem da prelamina A a lâmina A está mutado, não ocorrendo clivagem do grupo farnesil, formando assim uma proteína anormal denominada de progerina, uma forma truncada da prelamina A. A progerina é tóxica para a célula, acumula-se nas células causando defeitos moleculares progressivos, incluindo alterações do formato nuclear, desorganização da cromatina, danos no DNA e atraso na proliferação celular (Figura 2).

Devido à ausência de produção de lâmina A, a lâmina nuclear é incapaz de fornecer o suporte estrutural adequado ao invólucro nuclear, assumindo uma forma anormal. Uma vez que o apoio que a lâmina nuclear proporciona normalmente é necessário para a organização da cromatina durante a mitose, o enfraquecimento da lâmina nuclear limita a capacidade da célula se dividir. Esta alteração parece desestabilizar o núcleo das células, sendo particularmente nociva para os tecidos sujeitos a forças físicas como os cardiovasculares e os musculares ligados ao esqueleto. A mutação do gene causa uma forma alterada tornando as células instáveis e danifica o núcleo, impedindo a regeneração dos tecidos e provocando a morte prematura das células.

 

Figura 2 – Lâmina A (marcada a vermelho) em amostras de células controlo (saudáveis) e em células associadas a progeria.

 

Diagnóstico

Após a descoberta do gene responsável pela progeria, a Fundação para a Pesquisa em Progeria (The Progeria Research Foundation), nos EUA, desenvolveu um programa de testes de diagnóstico. Após uma avaliação clínica inicial, através da observação de vários sintomas, é possível realizar testes para detetar a mutação responsável pela doença. Assim, é possível diagnosticar precocemente a doença, desenvolvendo o tratamento mais preciso e adequado para cada criança.

Tratamento

Ainda não existe cura nem um tratamento realmente eficaz para o tratamento desta patologia, no entanto é importante que o diagnóstico correto seja realizado o mais rápido possível, de modo a melhorar a qualidade de vida do portador da doença.

São utilizados medicamentos para amenizar as manifestações sintomáticas. Alguns dos medicamentos administrados são: a coenzima Q10, ácidos-gordos, vitamina E, antioxidantes, hormonas de crescimento, nitroglicerina, aspirina, cálcio, morfina, entre outros.

A descoberta do gene responsável pela patologia levou não somente a um maior entendimento da Progeria como permitiu identificar um tratamento potencial para crianças com Progeria, usando um grupo de medicamentos denominado de inibidores de farnesiltransferase (farnesyltransferase inhibitors – FTIs). A Fundação para a Pesquisa em Progeria iniciou em 2007 estudos em doentes com a patologia, tratando-os com os inibidores de farnesiltransferase, já usados para tratamento do cancro em crianças. Este tratamento visa bloquear a produção de progerina, uma vez que os inibidores atuam bloqueando a ligação do grupo farnesil à proteína progerina.

Outros estudos foram realizados através da combinação de um FTIs (Lonafarnib) com dois medicamentos: Pravastatin, que é uma estatina (para baixar o colesterol e prevenir doenças cardiovasculares) e o ácido Zoledrónico, que é um bifosfonato (para a osteoporose e prevenção de fraturas ósseas em pessoas com alguns tipos de cancro). Estes 3 medicamentos combinados bloqueiam a produção de progerina. Desta forma, espera-se conseguir parar a progressão da doença, enquanto se procuram mecanismos para a anular.

Investigação recente

A maioria dos tecidos e os órgãos dos doentes afetados com esta patologia apresentam anomalias relacionadas com o envelhecimento, no entanto já foi demonstrado que as funções cognitivas são preservadas, o que sugere que existe um notável sistema protetor no sistema nervoso central no decorrer da vida do doente.

Assim, a investigação mais recente tem incidido no estudo desse sistema, com o objetivo de descobrir o mecanismo molecular envolvido na proteção dos neurónios em situação de envelhecimento prematuro.

A equipa de investigação de Xavier Nissan do Instituto Stem Cell Research in the Treatment and Study of Monogenic Diseases dedicou as suas investigações ao estudo desse mecanismo molecular. Baseando-se na observação de que apenas os neurónios conseguem escapar ao envelhecimento prematuro causado pela síndrome, a hipótese avançada pelos investigadores aponta para a existência de um mecanismo molecular específico do sistema nervoso que desempenha um papel protetor.

Para entender melhor esses mecanismos moleculares na progeria, os investigadores produziram células neuronais in vitro de doentes afetados com HGPS através da indução de células estaminais pluripotentes (induced pluripotent stem cells - iPSC). Foram utilizadas amostras de pele de doentes com progeria para criar células iPS. Essas células diferenciaram-se em vários tipos de células: células da pele, células ósseas e células nervosas. Os investigadores observaram que, a proteína responsável pela síndrome, progerina, foi expressa por todos os tipos de células, exceto pelas células nervosas.

Para entender os mecanismos que resultam na ausência da proteína progerina nas células nervosas, os investigadores exploraram fatores que pudessem bloquear especificamente a expressão do gene LMNA no sistema nervoso central, através dos seus estudos identificaram um microRNA, miR-9, expresso unicamente e massivamente nos neurónios, que atua como um inibidor epigenético na expressão do gene LMNA.

Através de uma variedade de manipulações de expressão, aumentando ou reduzindo a sua concentração em vários tipos de células, os investigadores não só confirmaram o seu papel fundamental na produção de lâmina A em células nervosas, mas também demonstraram que o miR-9 pode corrigir a doença relacionada com a disfunção molecular por restauração da morfologia nuclear normal.

O objetivo da equipa de investigação será encontrar formas de usar ou simular o miR-9 para fins terapêuticos da patologia.

 

Referência:

Nissan X, Blondel S, Navarro C, Maury Y, Denis C, Girard M, Martinat C, De Sandre-Giovannoli A, Levy N and Peschanski M. Unique Preservation of Neural Cells in Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome (HGPS) is Due to the Expression of the Neural Specific miR-9 microRNA. Cell Rep 2012; 2(1):1-9.

Nos últimos anos, assistiu-se a um elevado progresso no conhecimento dos mecanismos subjacentes às células estaminais e às suas potenciais aplicações terapêuticas. O restabelecimento da função normal de tecidos humanos danificados devido a diversas patologias é uma das grandes finalidades do desenvolvimento desta área. Face a situações de trauma, doença ou desgaste dos tecidos, o nosso organismo pode reagir de duas formas distintas: regenerando ou reparando. A terapia celular usando células estaminais surge neste contexto, com o intuito de ajudar a reparar, substituir ou regenerar tecidos.

Definição e propriedades das células estaminais

As células estaminais (CE) distinguem-se das restantes células do organismo por apresentarem três propriedades fundamentais: são células indiferenciadas e não especializadas; têm a capacidade de se auto-renovar e dividir indefinidamente e são capazes de se diferenciar em linhagens celulares distintas (Figura 1).

Durante o desenvolvimento embrionário, estas células especializam-se, originando os vários tipos de células do corpo, desde as células do músculo cardíaco, células nervosas, glóbulos vermelhos ou células da pele. Mais tarde, no indivíduo adulto, as CE reparam tecidos danificados e substituem as células que vão sendo destruídas.

 

Figura 1 – Propriedades das células estaminais.

 

Com o intuito de esclarecer a capacidade de diferenciação das CE em diversos tipos de células especializadas, estas foram classificadas em 4 graus ou níveis de diferenciação:

- Totipotentes – Células estaminais com capacidade de diferenciação em qualquer tipo de tecido embrionário e extraembrionário.

- Pluripotentes – Descendentes diretos das células totipotentes com capacidade de diferenciação nos três folhetos embrionários que constituem a matriz embrionária de todas as células do corpo. Todos os tipos de células especializadas que constituem o corpo humano são provenientes destas células.

- Multipotentes – Possuem a capacidade de auto-renovação e formação de múltiplos tipos celulares diferenciados, mas restritos a um determinado órgão ou sistema fisiológico. A sua função é a manutenção do nível de células maduras, sendo as peças fundamentais na regeneração de tecidos danificados ou doentes.

- Unipotentes – Originam somente um tipo de célula, mas, ao contrário das células não estaminais, são auto-renováveis.

A capacidade das CE se diferenciarem em linhagens celulares distintas, foi uma característica observada após a realização de várias investigações, sendo denominada por plasticidade celular. Assim, as CE apresentam a capacidade de diferenciação em diferentes linhagens, distintas daquelas das quais são provenientes, possuindo a habilidade de ultrapassar barreiras de linhagem e adquirirem fenótipos de células oriundas de outros tecidos.

 

Origem das células estaminais

As CE são também classificadas em função da sua origem, sendo definidas por células estaminais embrionárias ou adultas.

As células estaminais embrionárias derivam de embriões primitivos, normalmente de massa celular interna do blastócisto e apresentam a capacidade de originarem qualquer célula diferenciada do organismo (são pluripotentes). As características básicas de uma célula estaminal embrionária incluem a auto-renovação, a diferenciação em múltiplas linhagens in vitro e in vivo, um cariótipo normal e uma proliferação extensiva in vitro sob condições controladas. As células estaminais adultas fazem parte de tecidos específicos do organismo adulto, apresentando capacidade de se auto-renovarem e de se diferenciarem em diferentes linhagens celulares especializadas, permitindo a manutenção da integridade dos tecidos.

• Células estaminais embrionárias

As células estaminais embrionárias caracterizam-se pela capacidade de pluripotência e de expansão ilimitada. Graças a estas particularidades, são consideradas pela medicina regenerativa como uma potencial fonte terapêutica de numerosas patologias. Atualmente, não existem tratamentos médicos oriundos da investigação com células estaminais embrionárias, seja por restrições técnicas, seja por motivações éticas. Existe uma enorme controvérsia em redor da sua utilização, uma vez que é necessário recorrer à destruição de embriões para se conseguir obter estas células. Com o intuito de eliminar estas preocupações, têm sido seguidas diversas estratégias no sentido de desenvolver novos métodos de obtenção de células estaminais humanas sem levar à destruição dos embriões. Assim, o uso de células estaminais provenientes de tecidos adultos é uma forma de contornar as questões éticas que podem surgir da utilização de células embrionárias em aplicações biomédicas.

• Células estaminais adultas

As células estaminais adultas são definidas como uma população celular pouco diferenciada, cuja presença é necessária, tanto para a reparação de lesões como para a regeneração dos tecidos nos indivíduos. Estas células apresentam a capacidade de suportar as trocas constantes das estruturas que sofreram algum dano ou que foram destruídas nos tecidos por influência de patologias provenientes de diversas origens.

As células estaminais adultas podem ser divididas em dois tipos principais: as células estaminais hematopoiéticas (responsáveis pela formação dos diferentes tipos celulares sanguíneos) e as células estaminais mesenquimais (podem originar tecido cartilaginoso, ósseo, adiposo e muscular).

Devido à sua função de manutenção dos tecidos adultos e de resposta a lesões do organismo, atribui-se às células estaminais adultas um grande potencial terapêutico, no tratamento das mais variadas patologias, como diabetes, doenças autoimunes, na hematologia na oftalmologia e na regeneração de lesões provocadas por acidentes.

Devido ao seu elevado potencial, estas células têm sido alvo de inúmeras pesquisas nos últimos anos. Grande parte da investigação sobre células estaminais adultas está focada na compreensão dos mecanismos que regulam a capacidade de divisão, de auto-renovação e a potencialidade de diferenciação. Uma vez que as células estaminais adultas não implicam a destruição de um embrião, o seu uso não está sujeito a controvérsias de teor ético.

As células estaminais adultas estão presentes numa gama variada de tecidos (hepáticos, musculares, cardíacos, entre tantos outros), mas, atualmente, a sua fonte de origem mais utilizada tem sido o sangue do cordão umbilical. Uma das mais evidentes qualidades deste tipo celular é a sua capacidade de diferenciação in vitro em múltiplos tecidos, com o objetivo de regeneração de tecidos lesionados. O sangue do cordão umbilical caracteriza-se por ser uma fonte rica em células estaminais hematopoiéticas, em células estaminais multipotentes, em células mesenquimais e em células dendríticas.

Células estaminais hematopoiéticas – As células estaminais adultas melhor caracterizadas são as células estaminais hematopoiéticas (EH), que originam todas as células sanguíneas tais como os eritrócitos, linfócitos e plaquetas (Figura 2). As células EH estão sobretudo localizadas na medula óssea, no sangue periférico, mas também em alguns órgãos (por exemplo: baço e fígado), e ainda no sangue do cordão umbilical e na placenta. As células EH são caracterizadas pela expressão de marcadores de superfície celulares específicos, importantes no isolamento destas células.

 

Figura 2 – Diferenciação das células estaminais hematopoiéticas.

 

Células estaminais mesenquimais – As células estaminais mesenquimais (EM) são células adultas multipotentes, que apresentam a capacidade de diferenciação em diferentes tecidos como, osso, gordura, cartilagem, tendões, tecido neuronal e músculo. As células EM encontram-se geralmente presentes nos tecidos conjuntivos de quase todos os órgãos, mas para fins terapêuticos, são isoladas mais convenientemente da medula óssea e do sangue do cordão umbilical. No entanto, embora morfologicamente semelhantes, as células EM isoladas de diversas fontes podem ser funcionalmente diferentes. As células EM possuem uma grande capacidade de expansão em cultura, podendo ser estimuladas para adquirir propriedades específicas. O grande interesse suscitado por estas células parte do enorme potencial que têm demonstrado, em medicina regenerativa e na engenharia de tecidos.

 

Tabela 1 – Resumo das características das células estaminais embrionárias e adultas.

Recentemente foi descrita a criação de células estaminais pluripotentes induzidas (iPSC, induced pluripotent stem cells) a partir de células adultas humanas, através da expressão forçada de fatores de transcrição definidos como essenciais para a manutenção do estado de pluripotência das células estaminais embrionárias. De acordo com os últimos dados, as iPSC possuem propriedades de auto-renovação e de pluripotência semelhantes às células estaminais embrionárias, e foram já diferenciadas in vitro com sucesso em vários tipos celulares (Figura 3). Assim, a reprogramação de iPSC permite a obtenção de células com as propriedades únicas das células estaminais embrionárias, a partir de células diferenciadas adultas do próprio paciente. Esta abordagem, mostra-se promissora para futuras terapias celulares, tendo despertado a atenção generalizada de investigadores e médicos.

Figura 3 – Diferenciação de células adultas em vários tipos celulares através da reprogramação de células estaminais pluripotentes.

 

Importância do estudo das células estaminais e suas aplicações

O elevado potencial das células estaminais, em se diferenciarem em diferentes tipos de células, que constituem os tecidos de um organismo, confere-lhes uma elevada capacidade em termos de aplicações terapêuticas a nível da Biomedicina.

A diminuição da população de células estaminais é característica de algumas doenças, por exemplo, em anomalias detetadas na medula óssea, devido à patogenicidade das células estaminais hematopoiéticas (resultando em leucemias e linfomas) ou a anomalias genéticas nas próprias células estaminais hematopoiéticas, patologias que envolvem a destruição de tecidos, que não podem ser regenerados robustamente a partir da população residual de células estaminais, como por exemplo a diabetes tipo 1.

Em algumas situações, estas doenças podem ser tratadas por transplante do órgão em falência, ou por substituição da população de células estaminais, como acontece no caso de transplante de medula óssea. No entanto, o transplante de órgãos apresenta várias limitações, a principal é a ausência de dadores de órgãos e de tecidos, para além da falta de compatibilidade. Devido a esse facto, tem aumentado ao longo dos anos o interesse em utilizar as células estaminais na prática clínica, de maneira a originar células ou tecidos para reconstituir a população de células estaminais e para reparar os órgãos. A possibilidade de, efetuar o transplante de células ou tecidos derivados de células estaminais adultas, isoladas do próprio paciente (células autólogas), reduz essa limitação.

É possível isolar células estaminais multipotentes, no organismo humano, a partir de tecidos como a medula óssea, o sangue, tecido adiposo, bolbo dentário, bem como a partir da pele, do fígado, do pâncreas e de outros órgãos. Nos últimos anos, as células estaminais do sangue do cordão umbilical têm sido usadas como alternativa às células da medula óssea, no tratamento de diversas doenças hematológicas e/ou oncológicas, oferecendo vantagens importantes em relação aos transplantes de medula óssea. O sangue do cordão umbilical é uma fonte de células estaminais, que contém células estaminais hematopoiéticas com grande potencial proliferativo. Na altura do nascimento, o sangue fetal, existente no cordão umbilical, pode ser recuperado. A amostra de sangue recolhida é rica em células estaminais, atualmente usadas para fins terapêuticos.

Assim, a terapia celular constitui uma potente arma terapêutica na reparação e regeneração de tecidos e órgãos, visto que através de um transplante, as células estaminais poderão substituir as funções das células irreversivelmente lesadas. A utilização de células estaminais adultas, células progenitoras do sangue periférico, medula óssea ou sangue do cordão umbilical, é uma prática corrente, no tratamento de várias doenças.

As mutações definem-se como alterações permanentes provocadas na sequência de ADN, originando a alteração de genes ou cromossomas, responsáveis pela variação hereditária ou alteração do fenótipo.

As mutações podem ser genéticas ou cromossómicas. As mutações genéticas alteram a informação de um gene através da adição, substituição ou perda de bases, alterando ou não uma sequência de aminoácidos codificada pelo gene, ou impedindo que essa sequência seja produzida. As mutações cromossómicas afetam uma determinada região do cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo, traduzindo-se na alteração da estrutura ou do número de cromossomas.

 

As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas.

Mutações somáticas: ocorrem durante a replicação do ADN que precede uma divisão mitótica. Todas as células descendentes são afetadas, mas localizam-se apenas numa pequena parte do corpo.

Mutações germinativas: ocorrem durante a replicação do ADN que precede a meiose. A mutação afeta os gâmetas e é transmitida à descendência.

 

Causas das mutações

A probabilidade de ocorrência de uma mutação num gene depende de fatores intrínsecos (mutações espontâneas) e de fatores extrínsecos (mutações induzidas). As mutações induzidas ocorrem, normalmente, com uma frequência muito mais elevada do que as mutações espontâneas.

Relativamente aos fatores intrínsecos responsáveis por mutações no ADN, indicam-se: a extensão do gene, sendo que, quanto maior é a extensão, maior é a probabilidade de ocorrência de uma mutação, o número e a extensão dos intrões, pela maior probabilidade de erro, o tipo de bases presente, a presença de sequências repetitivas, nomeadamente de tripletos devido à possibilidade de expansão do número de tripletos presente.

Os fatores extrínsecos ao ADN que provocam mutações designam-se mutagéneos. Nestes fatores, incluem-se os agentes ambientais de natureza química e de natureza física. Existem centenas de moléculas mutagénicas como o benzeno, o formadeído, os agentes alquilantes, o nitrito de sódio, o cloreto de vinilo. Nos agentes de natureza física contam-se as radiações ionizantes (raios X), associadas à troca de bases ou a quebra da dupla cadeia de ADN, e as radiações não ionizantes, como a radiação ultravioleta, capazes de provocar ligações covalentes entre bases pirimídicas adjacentes.

 

Tipos de mutações genéticas

Substituição – Substituição de uma só base do ADN.

• Mutação Silenciosa – Substituição de uma base do ADN por outra, que resulta num codão que codifica o mesmo aminoácido, devido à redundância do código genético. Não apresenta efeito sobre o fenótipo.

 

• Mutação com perda de sentido (missense) – Substituição de uma base do ADN por outra, tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na proteína codificada.

 

• Mutação sem sentido (nonsense) – Substituição de uma base do ADN que converte um codão que codifica para um aminoácido em codão STOP (UAA, UAG, UGA). A designação “nonsense” deve-se ao facto de o codão não especificar para nenhum aminoácido. No momento da tradução do RNAm, a presença de um codão “stop”, em posição anormal, gera o sinal que os mecanismos de tradução interpretam como se estivesse completa a tradução da proteína.

 

Deleção – Remoção de uma ou mais bases do ADN. A remoção de um número de bases que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene.

 

Inserção – Adição de uma ou mais bases ao ADN. A adição de um número que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Quando é inserida uma sequência igual a outra, ocorre uma duplicação.

As deleções ou inserções de um ou mais codões não alteram a grelha de leitura do RNAm, mas originam proteínas em que faltam, ou se encontram em excesso, um ou mais aminoácidos, consoante o caso.

Quando as deleções ou as inserções dizem respeito a um número de nucleótidos que não é múltiplo de três, a mutação origina uma alteração da grelha de leitura (mutação “frameshift”).

 

Locais das mutações

Quanto ao local, as mutações podem ocorrer em regiões genéticas codificadoras (exões) ou em regiões não codificadoras (intrões). As mutações que ocorrem em exões alteram o RNAm e, na maioria das vezes, a composição em aminoácidos das proteínas. As mutações em regiões não codificadoras, habitualmente não afetam a composição das proteínas em aminoácidos.

 

Tipos de mutações cromossómicas

As alterações cromossómicas podem ser de natureza numérica ou estrutural. Nas alterações numéricas, as consequências são diversas em função do cromossoma envolvido. Nas alterações estruturais, a extensão e a região alterada influenciam também os efeitos fenotípicos.

Mutações cromossómicas numéricas – Variações no número de cromossomas, os tipos principais são:

Euploidia – Quando ocorre alteração de todos os cromossomas, ou seja na totalidade do genoma.

Nas euploidias ocorre, uma alteração do número total de cromossomas. A maioria dos organismos eucariontes, que se reproduzem sexualmente, é diploide (2n). No entanto, alguns seres vivos, como os fungos e algumas algas são haploides.

A tabela 1 resume os tipos principais de euploides.

Tabela 1. Principais tipos de euploides.

 

Causas do aparecimento de euploidias, num determinado organismo:

- Fecundação do oócito por mais de um espermatozoide,
- Falhas na fase de mitose durante a formação dos órgãos sexuais,
- Falhas na fase de meiose que podem conduzir à formação de gâmetas não haploides,
- Quebra de cromossomas ao nível do centrómero.

Exemplos:

- Nas plantas, a poliploidia é comum, estas podem autopolinizar-se ou cruzar-se com outras semelhantes;
- Nos humanos, os embriões popiplóides não se desenvolvem ocorrendo abortos espontâneos. Algumas células somáticas humanas podem ser poliploides (mosaicismo).

• Aneuploidia – Quando ocorre uma diminuição ou acréscimo de um ou mais cromossomas, não envolve a totalidade do genoma.

A aneuploidia define-se como o aumento ou a diminuição do número de um determinado tipo de cromossoma do genoma. A tabela 2 indica os vários tipos de aneuploidias.

Tabela 2. Principais tipos de aneuploidias.

 

Causas do aparecimento de aneuploidias:

- Não-disjunção dos homólogos ou dos cromatídeos na anafase da meiose I ou II, um gâmeta recebe dois cromossomas do mesmo par e outro não recebe nenhum.

Exemplos:

- As aneuploidias mais comuns em seres humanos são as trissomias 21, 13 e 18, a monossomia do X e outras alterações numérica dos heterossomas. Aneuploidias de outros cromossomas não permitem o desenvolvimento até ao nascimento, resultando em abortos espontâneos.

 

Figura 1. Cariótipo de trissomia 21.

 

► Mutações cromossómicas estruturais – As mutações cromossómicas estruturais podem provocar alterações no número de genes ou alterações no arranjo dos cromossomas. As alterações estruturais resultam de uma quebra ou quebras num cromossoma e subsequente rearranjo diferente.

• Deleção – Ocorre a perda de um fragmento cromossómico. As deleções podem ser terminais, como consequência de uma quebra do cromossoma, ou intersticiais, quando ocorrem duas quebras num cromossoma e se perde o fragmento cromossómico localizado entre as quebras.

• Duplicação – Existência de duas cópias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à deleção no correspondente cromossoma homólogo. O efeito fenotípico de uma duplicação depende da extensão de material cromossómico envolvido, no que se refere ao número de genes e ao número de cópias.

• Inversão – Não ocorre perda nem ganho de material cromossómico. As inversões ocorrem quando se produzem duas quebras num cromossoma, seguidas de rotação de 180º do fragmento cromossómico delimitado pelas quebras, alterando-se a ordem dos genes no cromossoma. As inversões podem ser paracêntricas, não incluem o centrómero, ou pericêntricas, incluem o centrómero.

• Translocações – Consiste na troca ou recombinação de partes de cromossomas não homólogos. As translocações fazem parte das alterações cromossómicas mais frequentes na espécie humana. As translocações podem ser: recíproca, robertsoniana e insercional.

- Translocação insercional – Um fragmento cromossómico muda de local dentro de um mesmo cromossoma ou entre cromossomas diferentes.

- Translocação recíproca – Troca de partes entre dois cromossomas.

- Translocação robertsoniana – Os braços longos de dois cromossomas acrocêntricos ligam-se formando um único cromossoma e os braços curtos são perdidos. Provocado pelo cruzamento e quebra de cromossomas não homólogos ou pela perda dos telómeros.

Neoplasia, de uma forma muito simples e genérica, é uma proliferação anormal e descontrolada de células. As neoplasias (vulgarmente designadas de tumores), sejam esporádicas ou hereditárias, têm sempre origem genética, na medida em que resultam de alterações mais ou menos complexas e sucessivas da informação genética presente em determinada célula, podendo ser benignas ou malignas. Quando as neoplasias são malignas, são designadas de cancro.

A palavra cancro é utilizada genericamente para identificar um conjunto de doenças que englobam os tumores malignos. Como doença multifatorial, desenvolve-se pela interação de, fatores ambientais e genéticos.

As doenças oncológicas são um dos principais problemas a nível mundial, sendo a segunda principal causa de morte em Portugal. Atualmente, um em cada quatro europeus, desenvolve alguma forma de cancro durante a vida.

De acordo com o Instituto Nacional de Estatística (INE), em 2010, esta patologia matou cerca de 30 mil pessoas em Portugal, um aumento de 20% relativamente a 2009 e deverá dentro de alguns anos tornar-se a principal causa de morte no nosso país, ultrapassando as doenças cardiovasculares.

O cancro do pulmão, laringe e brônquios são os que provocam um maior número de mortes, seguindo-se o cancro do cólon, do estômago, do tecido linfático e da próstata. Os tumores malignos são muito diversos, havendo causas, formas de evolução e tratamentos diferentes para cada tipo. Há, porém, uma característica comum a todos eles: a proliferação descontrolada das células.

Existem vários tipos de genes envolvidos na regulação da proliferação celular: de uma forma direta, os protooncogenes e os antioncogenes ou de uma forma indireta, por exemplo, os genes de reparação do ADN. Estes genes, quando alterados a nível estrutural ou da sua expressão, podem aparecer relacionados com o desenvolvimento de cancro.

O cancro surge, então, quando células normais se “transformam” em células cancerígenas ou tumorais, num processo que inclui diversas fases, designado por carcinogénese. Isto é, adquirem a capacidade de se dividir, multiplicar descontroladamente e invadir os tecidos ou órgãos. Os protooncogenes são genes celulares normais, que codificam proteínas constituintes de uma rede implicada na receção e transdução de sinais e regulação da expressão génica. Desse modo, participam na regulação da proliferação celular. As mutações (quase sempre somáticas, existindo muito poucas mutações germinais) ao nível dos protooncogenes que levem a alterações qualitativas ou quantitativas dos produtos que codificam, podem originar transformação celular, de um modo dominante (a mutação induz a aquisição de novas características pela célula, que lhe conferem vantagem proliferativa). Nas condições referidas, estes genes adquirem a designação de oncogenes (onkos, que significa tumor ou massa) ou genes causadores de cancro e funcionam como aceleradores da proliferação celular e consequentemente responsáveis pela carcinogénese. Atualmente conhecem-se mais de uma centena de oncogenes.

Os fatores ambientais responsáveis por esta “transformação” que têm sido identificados como agentes etiológicos do cancro, designados frequentemente como agentes carcinogénicos, são de natureza química, física e biológica. A exposição aos agentes ambientais está associada ao desenvolvimento da grande maioria dos casos de cancro. Alguns exemplos: a radiação ultravioleta do sol, os agentes químicos do tabaco, etc.

Contudo, nem todos os genes causadores de cancro resultam de protooncogenes. Uma grande parte dos tipos de cancro resulta de mutações de genes supressores tumorais, também designados antioncogenes. Estes genes participam na regulação da proliferação e da diferenciação celular, contrabalançando o estímulo proliferativo dos protooncogenes, através da ação inibidora. Os antioncogenes estão envolvidos na produção de proteínas distribuídas pela membrana citoplasmática, pelo citoplasma, pela membrana nuclear e pelo núcleo, que mantêm a integridade do genoma ou inibem a divisão celular. Quando estes genes sofrem mutações sejam somáticas (adquiridas) quer sejam germinais (hereditárias), podem perder a capacidade de realizar o controlo da proliferação e da diferenciação celular, realizando-se estes processos de uma forma descontrolada.

Ao longo do ciclo celular, existem diversos pontos de controlo que só são ultrapassados se não forem detetados erros no genoma. Quando são detetados erros, algumas proteínas produzidas pelos genes supressores tumorais são capazes de bloquear o ciclo celular, nesses pontos. Uma dessas proteínas é codificada pelo gene TP53 ou simplesmente p53 localizado no braço curto do cromossoma 17 (17p13.1) que possui 20 kilobases (kb) e é composto por 11 exões, sendo denominada de TP53 ou p53 (tumor protein p53). Esta fosfoproteína, identificada pela primeira vez na década de 70, com peso molecular aproximado de 53 kiloDaltons (kDa) desempenha um papel muito importante no controlo da proliferação celular, quer parando a progressão do ciclo celular em G1/S para permitir a reparação em casos de lesões do ADN, quer induzindo a apoptose (morte celular de uma forma programada), em resposta a lesões mais extensas. Desta forma, evita a proliferação de células anormais, potencialmente cancerígenas.

 

Esquema tridimensional da proteína p53 (azul) e do ADN (laranja).

 

Quando o gene p53 sofre mutações, a proteína p53 pode deixar de ser funcional não sendo capaz de interromper a divisão celular nem promover a reparação do ADN, as células com o ADN danificado continuam a dividir-se descontroladamente, o que leva à formação de tumores. De facto vários estudos científicos referem a associação de diversos tipos de cancros em humanos a mutações no gene p53, e algumas já foram reportadas.

Dada a importância deste gene supressor tumoral, considerado o “guardião” do genoma humano, bem como a proteína que codifica, têm sido amplamente estudados pela comunidade científica e existem atualmente milhares de publicações sobre o p53, mas ainda há muito por conhecer.

Os trabalhos publicados acerca deste gene e respetiva proteína revelaram muitos dos princípios subjacentes à carcinogénese humana como as diferenças essenciais entre um oncogene e um gene supressor tumoral, a relação entre exposições ambientais e cancro, etc. As conclusões destas investigações, acrescidas ao facto da inativação do p53 ser essencial para a formação da maioria das neoplasias malignas em humanos, tornou a proteína p53 um alvo excecionalmente valioso para a pesquisa básica e aplicada.

Algumas abordagens para alcançar este objetivo têm sido desenvolvidas e mostram ser promissoras. No entanto, há espaço para novas abordagens criativas para esta proteína que é inativada na maioria dos cancros em humanos.

Não é demais salientar que a deteção precoce e o tratamento adequado imediato do cancro levam ao prolongamento do tempo de vida do doente. Quanto mais cedo for detetado, maior a probabilidade de cura. Existem alguns sinais e mudanças no organismo que devem ser acompanhados, evitar fatores de risco e adotar hábitos de prevenção como:

- Não fumar;
- Evitar a obesidade, praticando diariamente, exercício físico e aumentando a ingestão diária de vegetais e frutos e limitando a ingestão de alimentos que contenham gorduras animais e muito sal ou açúcar;
- Moderar o consumo de bebidas alcoólicas;
- Evitar a exposição excessiva ao sol;
- Cumprir as instruções de segurança relativas a substâncias ou ambientes que possam causar cancro;
- Fazer rastreios e análises de rotina.

A investigação constante, numa área de intervenção tão importante como o cancro é, inquestionavelmente necessária. Cada vez se sabe mais sobre as suas causas, sobre a forma como se desenvolve e como progride. Estão ainda a ser estudadas, novas formas de o prevenir, detetar e tratar, tendo sempre como objetivo melhorar a qualidade de vida das pessoas com a doença, durante e após o tratamento.

As mitocôndrias são organelos celulares fundamentais para a célula, estão presentes nas células eucarióticas e são responsáveis pela produção de energia. São constituídas por duas membranas fosfolipídicas, a membrana externa que se apresenta lisa e a membrana interna que possui numerosas cristas. Ao contrário da membrana externa, a membrana interna é impermeável para manter a compartimentalização das funções metabólicas entre o citosol e a membrana interna. A cavidade interna das mitocôndrias é preenchida por um fluido denominado matriz mitocondrial, onde estão presentes diversas enzimas (Figura 1).

Figura 1 – Esquema representativo da estrutura de uma mitocôndria.

 

O número de mitocôndrias varia entre as dezenas e as centenas, dependendo do tipo de célula e está relacionado com a sua dependência de energia, assim estes organelos são mais abundantes em tecidos ou órgãos metabolicamente mais ativos. Os neurónios e células do músculo-esquelético e cardíaco têm uma alta densidade de mitocôndrias, o que, de certa forma, explica a sua sensibilidade a defeitos dependentes de energia, resultando em deficiências mitocondriais.

As mitocôndrias desempenham um papel importante no metabolismo de células eucarióticas, contribuindo para a produção de energia, na forma de adenosina trifosfato (ATP), através do processo de fosforilação oxidativa (OXPHOS). É um processo complexo mediado por várias enzimas da cadeia respiratória de transporte de eletrões que consiste na síntese de ATP a partir da adenosina difosfato (ADP) e do fosfato inorgânico. As mitocôndrias desempenham ainda um papel fundamental em mecanismos de morte celular (apoptose), no ciclo de Krebs, β-oxidação e na síntese de lípidos e colesterol. A eficiência da cadeia respiratória de transporte de eletrões na produção de ATP é um dos principais mecanismos determinantes para o equilíbrio energético, assim defeitos na função mitocondrial podem ter consequências perigosas para o organismo.

As mitocôndrias ao contrário de outros organelos celulares possuem o seu próprio genoma ADN mitocondrial (ADNmt), este apresenta uma estrutura pequena, circular e covalentemente fechada. É composto por cerca de 16,568 pares de bases (pb), que codifica para 13 proteínas, 22 RNAs de transferência (tRNAs) e 2 RNAs ribossomais (rRNAs). As 13 proteínas codificadas pelo ADNmt são componentes de 4 complexos do sistema de fosforilação oxidativa (Figura 2).

 

Figura 2 – Genoma mitocondrial humano.

 

O ADNmt apresenta várias características particulares, uma dessas características é a presença de genoma haploide, uma vez que é herdado exclusivamente através da linhagem materna, não seguindo os princípios da genética mendeliana, mas sim os da genética das populações. Ao contrário do ADN nuclear (ADNn), o ADNmt não contém intrões e histonas protetoras, sendo mais suscetível de sofrer danos oxidativos. A taxa de mutação do ADNmt é cerca de dez a vinte vezes maior que a do ADNn, isto ocorre devido à falta de mecanismos eficientes na reparação do ADNmt.

Apenas 37 genes são codificados pelo ADNmt, o restante é codificado pelo núcleo. O ADNn é responsável pela síntese de proteínas que terão funções diversas na mitocôndria, desde a participação na estrutura da mitocôndria até ao controlo da replicação e da transcrição do ADNmt. Assim, o funcionamento correto da mitocôndria depende da interação adequada entre os dois genomas.

Mutações no ADN mitocondrial têm sido relacionadas com o envelhecimento e com uma série de doenças degenerativas, neurodegenerativas e cancro. Ao longo do processo de fosforilação oxidativa, que ocorre nas mitocôndrias, são produzidas espécies reativas de oxigénio (ROS), como subprodutos desse processo, essas espécies são altamente reativas com biomoléculas, e no ambiente intracelular podem atacar ácidos nucleicos, proteínas e lípidos, provocando danos no ADN. Como todos os genes do ADNmt são essenciais para a biogénese e para a função bioenergética da mitocôndria, qualquer mutação no ADNmt pode afetar a produção de energia, o stresse oxidativo e a sobrevivência da célula contribuindo para o envelhecimento e/ou carcinogénese.

As proteínas são biomoléculas, constituídas por aminoácidos, essenciais para todos os processos dos sistemas biológicos, desempenhando as mais diversas funções em diferentes tecidos. O estudo das proteínas tem inúmeras aplicações desde a indústria, saúde, ambiente, etc.

A eletroforese é uma técnica de separação de moléculas, incluindo macromoléculas, ou fragmentos de moléculas, por aplicação de um campo elétrico. Quando um campo elétrico é aplicado a uma solução de proteínas, estas moléculas migram numa direção a uma velocidade que reflete a sua massa molecular e carga global.

A separação de proteínas tornou-se possível com o desenvolvimento da eletroforese em gel de poliacrilamida ou PAGE (PolyAcrylamide Gel Electrophoresis) em que às amostras a separar é adicionado o detergente SDS (Sodium Dodecyl Sulfate), sendo a técnica habitualmente conhecida por SDS-PAGE.

Com esta técnica (SDS-PAGE) as amostras são desnaturadas pelo calor na presença de reagentes desnaturantes como o beta-mercaptoetanol, que destrói as ligações dissulfeto das proteínas, e o detergente SDS.

O SDS, fortemente negativo, rodeia as cadeias proteicas, desnaturando-as e cobrindo a proteína com cargas negativas. Deste modo, a carga intrínseca à proteína, que é variável em função dos aminoácidos que a constituem e do pH da solução que a contém, é “mascarada” pelo detergente, tornando-se a razão carga/massa constante. Assim, é possível que as proteínas, agora carregadas negativamente, sejam separadas em função do seu tamanho, tal como no caso das moléculas de ADN, na eletroforese de ácidos nucleicos, em que as amostras aplicadas no gel, como possuem carga global negativa (conferida pelo grupo fosfato PO43-), migram em direção ao elétrodo positivo.

O gel de poliacrilamida, entre outros reagentes, é constituído por uma mistura de dois polímeros: acrilamida e bis-acrilamida. A acrilamida é uma molécula linear, enquanto a bis-acrilamida apresenta-se em forma de "T". Misturando-se estes dois polímeros, obtemos uma matriz, gel poroso, como se tivéssemos uma rede com uma malha mais ou menos apertada. O diâmetro dos poros é controlado e definido através da concentração destes polímeros. Assim, quanto maior a concentração de acrilamida, menores serão os poros da matriz.

Dependendo do seu tamanho, cada proteína migra de forma diferenciada ao longo do gel: proteínas de menor tamanho molecular migrarão mais rapidamente, enquanto que as de maior tamanho terão mais dificuldade em atravessar a “rede” do gel e, assim, movem-se mais lentamente.

Os géis nesta técnica apresentam uma particularidade, possuem duas fases: a de concentração (stacking) e a de resolução ou de corrida (running), permitindo que as amostras proteicas colocadas em cada poço (espaço na extremidade superior do gel onde se coloca cada uma das amostras) sejam concentradas antes da corrida no gel, aumentando-se assim, significativamente, a resolução das proteínas.

 

 

Esquema representativo da técnica SDS-PAGE.

Como as proteínas, na sua maioria, não são moléculas coradas, a posição das bandas correspondentes às proteínas, após a conclusão da eletroforese, é difícil de determinar. Esta limitação é minimizada, aplicando um corante que se liga fortemente às proteínas, mas a ligação ao gel de poliacrilamida é fraca. Para garantir que, as proteínas separadas não se movem no gel, após a finalização da eletroforese, estas são normalmente, “fixadas” ao gel com ácido acético, que é um bom fixador, ao qual por vezes se adiciona o metanol, por exemplo.

Após o passo da fixação, as proteínas são coradas, o Azul de Coomassie (Coomassie Brilliant Blue) ou a Coloração de Prata (Silver Staining) são alguns dos corantes mais utilizados possuindo limites de deteção proteica diferentes.

Inicialmente, tanto as proteínas como o gel ficam corados, mas com o passo de descoloração, o corante é quase completamente removido do gel de poliacrilamida, permanecendo apenas ligado às bandas correspondentes às diferentes proteínas. Como as proteínas são então separadas pelo seu tamanho, muitas vezes, a posição da banda correspondente a cada proteína é comparada à migração de um padrão de moléculas de tamanho molecular conhecido. Dessa forma, é possível determinar o tamanho molecular das proteínas em estudo.

 

Imagem de um gel de poliacrilamida corado com Azul de Coomassie, em que A1, A2, A3, A4 e A5 correspondem a diferentes amostras de proteínas que foram colocadas em cada um dos poços.

 

Após a abordagem a esta técnica, consegues determinar o tamanho molecular aproximado da proteína cuja banda está assinalada pelo retângulo verde, na imagem anterior?

O desenvolvimento das actividades humanas tem levado à crescente introdução de grande variedade de contaminantes e poluentes nos ecossistemas, pondo em risco o seu equilíbrio natural. Neste contexto, os ecossistemas aquáticos são particularmente afectados por serem os principais receptores dessa contaminação. A poluição marinha causada pelo petróleo e seus derivados constitui uma grande ameaça e provém de fontes variadas tais como, infiltrações naturais, descargas de combustível proveniente de navios, derrames das refinarias e plataformas de extracção de petróleo, acidentes com petroleiros, entre outros. A indústria do petróleo é mundialmente reconhecida como uma Exxon Valdezdas actividades económicas com maior impacte no meio ambiente, principalmente no que respeita ao seu transporte nos petroleiros. É a este nível que se registam os mais graves acidentes ambientais da era industrial, destacando-se, por exemplo, o derrame de 180.000 toneladas de petróleo bruto do navio "Exxon Valdez", na costa sudeste do Alasca em 24 de Março de 1989 e, mais recentemente, o naufrágio do navio petroleiro "Prestige", na costa noroeste da Espanha, em 19 de Novembro de 2002. O termo “hidrocarboneto” é utilizado sempre que nos referimos a “petróleo”, sob qualquer forma. Quando o petróleo é derramado no mar, espalha-se pela superfície, formando uma espécie de lençol, em que os hidrocarbonetos sofrem uma série de transformações físico-químicas.

 

Ave afectada pelo Prestige 

 

Algumas dessas transformações levam a que os compostos derivados do petróleo desapareçam totalmente da superfície da água ou que, contrariamente, nela persistam colocando em perigo muitas espécies de aves, peixes, mamíferos e outros seres vivos existentes na zona costeira.

Torna-se assim frequente distinguir entre produtos não persistentes, que tendem a desaparecer rapidamente da superfície do mar (gasolina, nafta química, querosene e diesel) e persistentes, os que se dissipam mais lentamente, embora o grau de persistência possa variar com as suas propriedades e, normalmente, requerem uma acção de limpeza para serem eliminados.

 

Zona Costeira afectada pelo Prestige 

 

Existem várias formas de remover e/ou “limpar” petróleo derramado. O grau de sucesso associado a cada um destes métodos depende de uma grande variedade de factores, tais como as variáveis ambientais, tipo de derrame, recursos económicos e, claro está, com a localização do derrame. No entanto, não existe nenhum método suficientemente eficaz para limpar petróleo derramado. Na realidade, a maioria dos esforços para a limpeza de petróleo derramado à superfície da água resultam da combinação de vários métodos. Os três principais métodos utilizados para remediação deste tipo de situações são: Confinamento e remoção; Aplicação de dispersantes e Biorremediação.

 

Remoção - Exxon Valdez

 

1) Confinamento e remoção

Neste método utilizam-se, normalmente, barreiras de contenção (boias ligadas a redes) que confinam o derrame de petróleo e facilitam a sua remoção mecânica da superfície da água, recorrendo a técnicas de aspiração, filtragem superficial, utilização de materiais absorventes, entre outros processos seguros de eliminação. 

Confinamento - Prestige

 

2) Dispersantes

Os dispersantes são utilizados para transformar o “lençol” de petróleo em pequenas gotas dispersas pela água. Contêm surfactantes (detergentes) e ambos possuem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. As cabeças hidrofílicas destas moléculas interagem com a água, enquanto que as caudas interagem com o petróleo ou seus derivados. O resultado é a formação de uma emulsão petróleo/água, composta por inúmeras gotas de petróleo de pequenas dimensões em suspensão na coluna de água.

 

 

3) Biorremediação 

A utilização de microrganismos na recuperação de áreas contaminadas, através da decomposição de substâncias nocivas em elementos não tóxicos, é um exemplo de biorremediação. Os microrganismos que através de um processo biológico natural se “alimentam” de petróleo são designados de Oil eating microbes (OEM). Os OEMs transformam o petróleo, através da quebra de ligações químicas, em componentes menos nocivos tais como ácidos gordos, ou em elementos ainda mais simples como carbono, dióxido de carbono e água. Assim, se o Homem aumentar temporariamente a concentração de OEMs, através da adição de nutrientes (tais como o nitrogénio e o fósforo) à água, consegue estimular o crescimento microbiano no local onde ocorreu um derrame de petróleo, favorecendo a sua degradação.

O que é?

O daltonismo (também chamado de discromatopsia ou discromopsia) é, na maioria das vezes, uma alteração de origem genética em que o indivíduo não é capaz de identificar as cores. Os portadores do gene anómalo apresentam dificuldade na percepção de determinadas cores primárias, como o verde e o vermelho, o que se repercute na percepção das restantes cores do espectro. Esta perturbação é causada por ausência ou menor número de alguns tipos de cones ou por uma perda de função parcial ou total destes, normalmente associada à diminuição de pigmento nos fotoreceptores que deixam de ser capazes de processar diferencialmente a informação luminosa de cor. A retina humana possui três tipos de células sensíveis à cor, chamadas cones. Cada um deles é sensível a uma determinada faixa de comprimentos de onda do espectro luminoso, mais precisamente aos picos situados a 419 nm (nanómetros) (azul-violeta), 531 nm (verde) e 559 nm (verde-amarelo). As tonalidades visíveis dependem do modo como cada tipo de cone é estimulado. A luz azul, por exemplo, é captada pelos cones de "alta frequência". No caso dos daltónicos, algumas dessas células não estão presentes em número suficiente ou registam uma anomalia no pigmento característico dos fotoreceptores no interior dos cones.

 

Informações sobre o daltonismo

John Dalton foi o primeiro cientista a estudar este distúrbio, uma vez que ele mesmo era portador desta alteração visual. Em homenagem a este químico, esta dificuldade de percepção das cores passou a ser chamada de daltonismo. Directamente relacionada ao cromossoma X, esta “disfunção visual” é mais comum em homens do que em mulheres (no caso das mulheres os dois cromossomas X têm que ter o gene anómalo). Acredita-se que 8% da população seja portadora deste distúrbio, apenas 1 % inclui as mulheres, os 7% restantes incluem o sexo masculino. A mutação genética que provoca o daltonismo, dá aos daltónicos algumas vantagens como: uma visão nocturna bem mais apurada em relação aos que não a possuem, e também, uma maior capacidade de reconhecerem elementos semi-ocultos que passariam despercebidos a indivíduos não daltónicos. O quadro seguinte mostra os genótipos e fenótipos possíveis para indivíduos do sexo feminino e para indivíduos do sexo masculino, relativamente ao daltonismo.

No caso de um indivíduo do sexo masculino, como não aparece o alelo D, bastará um simples gene recessivo para que ele seja daltónico, o que não acontece com o sexo feminino pois, para ser daltónica, uma mulher precisa ter os dois genes recessivos dd.

• Se a mãe não for daltónica nem portadora (DD) e o pai possuir visão normal (D), nenhum dos descendentes será daltónico nem portador.

• Se a mãe possuir visão normal (DD) e o pai for daltónico (d), nenhum dos descendentes será daltónico, porém as filhas serão portadoras do gene (Dd).

• Se a mãe for portadora do gene (Dd) e o pai possuir visão normal (D), há a probabilidade de 50% dos filhos serem daltónicos e 50% das filhas serem portadoras do gene.

• Se a mãe for portadora do gene (Dd) e o pai for daltónico (d), 50% dos filhos e das filhas serão daltónicos.

• Se a mãe for daltónica (dd) e o pai possuir visão normal (D), todos os filhos serão daltónicos (d) e todas as filhas serão portadoras (Dd).

• Se a mãe for daltónica (dd) e o pai também (d) 100% dos filhos e filhas também serão daltónicos. Existem três métodos para se diagnosticar a presença do daltonismo e determinar em que grau ele afecta a percepção das cores de uma pessoa:

Anomaloscópio de Nagel - Consiste num aparelho onde o indivíduo que vai ser examinado tem o seu campo de visão dividido em duas partes. Uma delas é iluminada por uma luz monocromática amarela, enquanto a outra é iluminada por diversas luzes monocromáticas verdes e vermelhas. O examinado deve tentar igualar os dois campos, alterando a razão entre a intensidade das luzes vermelha e verde, e modificando a intensidade da luz amarela.

Lãs de Holmgreen - Consiste na avaliação da capacidade de separar determinados fios de lã em diversas cores.

Teste de cores de Ishihara - Consiste na exibição de uma série de cartões pontilhados em várias tonalidades diferentes. Esse é o método mais frequentemente utilizado para se diagnosticar a presença do daltonismo, sobretudo nas deficiências envolvendo a percepção das cores vermelho e verde. Uma figura (normalmente uma letra ou algarismo) é desenhada num cartão contendo um grande número de pontos com tonalidades que variam ligeiramente entre si, de modo que possa ser perfeitamente identificada por uma pessoa com visão normal. Porém um daltónico terá dificuldades em visualizá-la.

O número 8 só é visível para as pessoas com visão normal. Como o teste de Ishihara não pode ser utilizado por crianças ainda não alfabetizadas, desenvolveu-se um método secundário onde os cartões, em vez de números e letras, contêm desenhos de figuras geométricas, como quadrados, círculos e triângulos, que podem facilmente ser identificados por crianças em idade pré-escolar.

Figura do teste de Ishihara, método utilizado para diagnosticar o daltonismo.

 

Contributo científico para o tratamento

Em 2009 pesquisadores da Universidade de Washington e da Universidade da Flórida conseguiram restabelecer o processo de visão de macacos da espécie Saimiri sciureus através de tratamento genético. Os cientistas usaram uma técnica que usa um adenovírus inofensivo para “entregar” genes correctivos que produzem uma determinada proteína.

Neste caso, os investigadores queriam produzir uma substância chamada opsina de onda longa – proteína que age na retina para produzir pigmentos sensíveis ao vermelho e ao verde. Os primeiros resultados surgiram passadas cinco semanas do início do tratamento e, ao fim de um ano e meio, Sam e Dalton (os macacos testados) já conseguiam distinguir 16 cores.

O sistema imunitário tem um papel muito importante no combate e na prevenção de doenças. É ele que protege o organismo de substâncias estranhas, toxinas e agentes patogénicos, como vírus, bactérias, e fungos. Quando uma pessoa tem uma simples gripe, ou algo mais sério como hepatite, é o sistema imunitário que as ajuda a combater. O estudo deste sistema chama-se imunologia.

Um sistema imunitário saudável consegue distinguir substâncias do próprio corpo e substâncias estranhas, e mesmo substâncias do próprio corpo que foram alteradas e se tornaram prejudiciais.

Mas existem casos em que o organismo se volta contra si próprio. Isto acontece quando há uma deficiência no sistema imunitário, e o organismo deixa de reconhecer algumas substâncias como próprias, passando a tratá-las como estranhas, destruindo-as. Estes casos chamam-se doenças autoimunes.

 

Um antigénio é qualquer substância que activa o sistema imunitário. Quando um antigénio ataca o organismo, há produção de proteínas chamadas anticorpos, que se ligam e ajudam a destruir antigénios específicos. Os anticorpos também são chamados imunoglobulinas, e têm uma estrutura em forma de Y.

Os glóbulos brancos, também conhecidos por leucócitos, desempenham um papel fundamental no sistema imunitário do organismo. Em resposta a invasores estranhos, o organismo chama estas células para entrar em acção. O seu número é geralmente elevado quando ocorre uma infecção.

Um tipo de glóbulos brancos fundamental para a resposta imunitária são os linfócitos. Estas células existem maioritariamente no sangue e no sistema linfático. São os linfócitos os responsáveis pela produção de anticorpos.

 

Outro tipo de glóbulos brancos importante são os macrófagos. Os macrófagos patrulham o organismo em busca de substâncias estranhas e ingerem-nas, num processo chamado fagocitose.

As células do sistema imunitário têm origem na medula óssea.

As doenças degenerativas, de um modo geral, são doenças que implicam a degradação de órgãos, tecidos e/ou sistemas fisiológicos por processos inflamatórios, mas cuja causa que os despoleta é, maioritariamente, desconhecida. Constituem um grupo de doenças específico, que difere das doenças infeciosas (causadas por agentes como as bactérias, vírus, fungos e parasitas), e das oncológicas (vulgarmente designadas por cancros, e que estão fundamentalmente relacionadas com a desregulação do crescimento celular). As doenças neurodegenerativas fazem então parte do grande grupo das doenças degenerativas, mas referem-se particularmente aos processos de degeneração que ocorrem no sistema nervoso. Este tipo de distúrbio pode der desencadeado por disfunção do sistema imunitário (atividade autoimune), consumo de drogas de abuso, mutações génicas, infeções virais, intoxicação por metais, etc.

O sistema nervoso (SN) é divisível em duas partes: o sistema nervoso central (SNC) e o sistema nervoso periférico (SNP). Do SNC fazem parte os dois órgãos principais do SN, o encéfalo (cérebro, cerebelo, bolbo raquidiano) e espinal-medula. O SNP é formado por uma rede de nervos sensoriais e motores, gânglios nervosos e órgãos efetores.

As células do SN podem ser divididas em dois tipos: os neurónios, que formam a arquitetura básica do SN, e a neuroglia – que inclui astrócitos, oligodendrócitos, células de Schwan e microglia. As células da microglia atuam como células imunitárias do SN, realizando a fagocitose de corpos e entidades estranhas ao organismo. Os astrócitos são células estruturais que têm como principais funções nutrir os neurónios e dar-lhes sustentação. Os oligodendrócitos e as células de Schwan têm como função principal a produção e manutenção das bainhas de mielina neuronais, respetivamente, no SNC e SNP. Sistma nervosoOs neurónios são células que estruturalmente se distinguem das outras pela sua especialização na comunicação intercelular. Esta função relaciona-se diretamente com a sua morfologia, enquanto célula extensamente ramificada (particularmente na arborização dendrítica), e com uma organização específica dos constituintes da membrana celular de modo a proporcionar uma comunicação rápida e efetiva (através de impulsos elétricos).

Os órgãos do SNC são responsáveis por receber e integrar todas as informações que são recolhidas pelo SNP, coordenar as respostas do organismo aos diversos estímulos, os atos reflexos, comandar os batimentos cardíacos, o exercício do pensamento, memória e linguagem, entre muitas outras funções. Assim, é fácil compreender que qualquer desregulação no funcionamento desta cadeia, gigante e perfeitamente coordenada, se reflete decisivamente na saúde física e/ou mental de um indivíduo.

As doenças neurodegenerativas podem afetar o SNP, como a neurite ótica, ou o SNC, como a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson, ou a esclerose múltipla.

 

Hoje vamos falar mais particularmente da doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), um distúrbio degenerativo do cérebro, que é incurável e invariavelmente fatal. Maioritariamente, estes doentes morrem cerca de seis meses após o aparecimento dos primeiros sintomas, sendo que apenas cerca de 15% dos mesmos sobrevive dois ou mais anos com os sintomas. Esta doença é habitualmente designada como a variante humana da “doença das vacas loucas”, e é a encefalopatia (doença que afeta o encéfalo) espongiforme (o cérebro adquire uma textura semelhante à de uma esponja, ao desenvolver vários espaços/buracos) mais comum nos humanos. O agente etiológico desta doença é um prião.

 

Os priões são agentes patológicos formados por agregados moleculares acelulares, particularmente de proteínas que têm a capacidade de modificar a estrutura de outras proteínas, transformando-as em cópias de si mesmas. Um prião não inclui ácidos nucleicos (ADN ou ARN), pelo que é resistente à radiação ultravioleta. PriãoO prião responsável pela DCJ tem pelo menos duas conformações estruturais: uma solúvel em meio aquoso, e inócua, e uma relativamente insolúvel e por isso com capacidade para formar agregados. A sua estrutura faz com que o prião não seja digerível, pelo que uma vez transmitido este agente entra num ciclo de autorreplicação sustentada. O prião da DCJ atua promovendo o desdobramento de proteínas do seu estado nativo para que formem proteínas idênticas a si; este fenómeno faz com que o número de proteínas com esta estrutura aumente exponencialmente, e a quantidade de agregados proteicos insolúveis que ocorre no tecido cerebral aumente de igual modo. Este processo desencadeia disfunções celulares e culmina com a morte neuronal.

A DCJ pode ser adquirida geneticamente por uma mutação do gene da proteína PRNP, no entanto isto só se verifica em cerca de 5 a 10% dos casos. O mais frequente é ocorrer infeção por contacto com este agente, com materiais contaminados com o prião. Mais recentemente, a variante de DCJ mais abordada é designada como “nova variante da Creutzfeldt-Jakob”, por poder ser adquirida por consumo da carne de bovinos contaminados com o prião responsável pela BSE (ou doença das vacas loucas).

Os primeiros sintomas da DCJ incluem uma demência de progressão rápida, conducente a perdas de memória, alucinações e alterações de personalidade. Esta situação é habitualmente acompanhada por problemas de linguagem, disfunção motora, postura rígida e convulsões que se assemelham a ataques epiléticos.

O conceito de Terapia Génica (TG) aplica-se a qualquer procedimento terapêutico onde existe modificação e/ou introdução de genes em células e tecidos humanos. Consiste na introdução de ADN de genes “saudáveis” em células mutadas de forma a que estas recuperem a sua funcionalidade normal. Na terapia génica são variados os alvos que se podem atingir utilizando diferentes técnicas, como o silenciamento de genes, utlização de genes “suicidas” (que ao serem expressos acabam por levar à morte da célula) ou genes “marcadores” (conferem resistência às drogas). Pode ainda utilizar-se moléculas de ARN, estas denominadas antissense (ao serem introduzidas nas células impedem a expresão/tradução das suas correspondentes endógenas). Resumidamente, trata-se de uma estratégia que pretende fazer uma abordagem terapêutica a determinadas doenças por via de uma alteração da expressão génica/síntese proteica das células envolvidas no processo patológico.

Atualmente, a terapia génica contempla apenas as células somáticas uma vez que a modificação genética de células estaminais é proibida por lei. Todas as células somáticas possuem a capacidade de receber genes terapêuticos, no entanto é desejável ter células alvo para aplicação dos genes.

O ADN de interesse pode ser inserido na célula, por meio de vetores, através de duas estratégias distintas: in vivo ou ex vivo. No método ex vivo, as células do organismo recetor são retiradas, cultivadas e tratadas com o vetor. Selecionam-se então aquelas células que apresentam melhor resposta ao tratamento, e serão estas a ser novamente injetadas no organismo. O risco de rejeição é mínimo sendo por isso esta a técnica mais utilizada. Já no método in vivo, o vetor contendo o gene de interesse é injetado diretamente no organismo. Uma utilização futura destas técnicas poderá ser a aplicação destas células na corrente sanguínea e tentar fazer com que elas cheguem ao local desejado, orientadas por biomoléculas sinalizadoras.

O objetivo essencial deste género de terapia, é a introdução de um gene que possibilite a produção, no tempo, local e quantidade desejada, de uma proteína terapêutica que alivie ou cure a doença em causa, qualquer que seja a estratégia utilizada.

A transferência e expressão destes genes exige normalmente a presença de vetores, denominados vetores de expressão. A função destes é proteger e transportar eficazmente o material genético para o núcleo das células alvo, onde é então expresso a fim de produzir a proteína terapêutica. Estes vetores podem ter duas origens distintas:

 

Sistemas Virais

 

Os vetores virais consistem em vírus modificados, de modo a não causarem doenças no organismo recetor, nos quais se insere o gene de interesse. Os vírus apresentam algumas características que os tornam instrumentos úteis para a terapia génica. Sistemas viraisPor exemplo, como podem replicar-se no organismo, aumentam a quantidade do gene in vivo. Sendo agentes infeciosos, já apresentam toda uma maquinaria que garante a infeção das células e a expressão dos genes contidos no seu genoma. No entanto, por se tratar de agentes estranhos ao organismo e reconhecidos pelo sistema imunitário como tal, desencadeiam frequentemente respostas imunitárias. A resposta imune destrói as partículas virais, incluindo o gene de interesse, fazendo com que a sua expressão possa não ser duradoura. Outra característica importante que apresentam alguns desses vírus, é a sua capacidade de integrarem o ADN da célula. Por um lado, este pode ser um efeito positivo, pois garante que o gene de interesse é replicado juntamente com o ADN celular. Por outro lado, a integração do vírus no genoma da célula é aleatória, podendo danificar outros genes, ou até mesmo ativar a expressão de genes lesivos – como oncogenes, responsáveis pela formação de tumores.

São várias as espécies de vírus que podem ser utilizados nesta técnica:

• Retrovírus: têm a capacidade de se integrarem no genoma da célula hospedeira, e deste modo de se transmitirem de geração em geração. A sua aplicação mais importante será provavelmente o uso (futuro) em células estaminais.

• Vírus Adeno - associados(AAV): Pertencem à família Parvoviridae, o seu genoma viral recombinante funde-se com as extremidades RTI (Repetições Terminais Invertidas) para formar uma versão circular. As desvantagens dos AAV incluem a pequena quantidade de ADN que podem transportar (baixa capacidade) e a dificuldade em produzi-los. Este tipo de vírus não é patogénico, pelo que a resposta imune que eventualmente desencadeia é muito ligeira. Este vírus pode ser eficaz a nível cerebral, porque pode infetar células que não estão em divisão (quiescentes), como os neurónios onde os seus genomas podem ser expressos por muito tempo.

• Adenovírus: São capazes de infetar diferentes tipos de células, e ao contrário da maioria dos retrovírus, conseguem infetar células que não se encontram em divisão. Estes vírus não se integram no ADN do hospedeiro o que diminui a possibilidade de interferir com genes essenciais para a fisiologia da célula. No entanto, a sua expressão é apenas temporariamente efetiva. Contudo, este vírus pode ser imunogénico levando a uma resposta imune do organismo, direcionada às células transformadas. Atualmente, a investigação concentra-se na procura de novos adenovírus, onde esta resposta imunogénica não ocorra.

 

Sistemas não-virais

 

São uma alternativa aos vírus por não causarem qualquer tipo de doença e serem pouco tóxicos, além de mais fáceis de manipular. Podem ser administrados em concomitância com outros vetores. Nestes compreendem-se:

• Lipossomas: pequenas esferas de lípidos catiónicas com capacidade de acomodar grandes moléculas de ADN. Estas moléculas podem ser vetores plasmídicos contendo o gene terapêutico ou simplesmente fragmentos de ADN. No entanto os lipossomas não são tão eficientes como os vetores virais.

• Sistemas não-lipídicos: polímeros de aminoácidos e outras substâncias têm sido testados para o transporte de genes terapêuticos. Estas substâncias têm o objetivo de transportar e proteger o gene de interesse. Certos investigadores estão ainda a tentar utilizar ADN-nú, numa injeção direta de ADN nas células, na tentiva de as imunizar contra determinadas patologias. Outra alternativa será ainda a utilização de cromossomas, nomeadamente o cromossoma artificial humano que contém não só o gene terapêutico como ainda o material necessário para a sua regulação. Têm determinadas vantagens, como a maior capacidade de incorporação em moléculas de ADN, não se integrarem no material genético do hospedeiro, não são tóxicas ou imunogénicas, e acima de tudo a regulação do gene aí inserido é feita de forma similar aos genes endógenos.

As principais desvantagens dos sistemas não virais são não nos permitirem aumentar a quantidade do gene in vivo, nem garantirem que o gene é realmente expresso. Os métodos não virais são, assim, preferíveis no que respeita à biosegurança, uma vez que não são patogénicos, no entanto são menos eficientes que os virais.

A terapia genica é, então, um método cada vez mais desenvolvido, aperfeiçoado e sobre o qual se centram hoje muitas das linhas de investigação e desenvolvimento de vanguarda no que se refere ao tratamento de doenças como o cancro, doenças neurodegenerativas como a doença de Parkinson, ou a diabetes mellitus do tipo I.

 

 

TOPO DA PÁGINA