02 julho, 2019

Histórico da genética em 25 tópicos

Escrito por

Francis Crick e James Watson com Maclyn McCarty

Em 2019 a Genética está completando 114 anos e é um dos campos mais profícuos das pesquisas científicas, que subsidia, não apenas as diversas subáreas das Ciências Biológicas, como a área da Saúde, o Direito, a Agronomia, a Veterinária, entre outros. Nesta postagem vamos retomar um pouco dessa história e destacar os personagens que estruturaram as bases deste campo da Ciência, desde o início do século XX até a publicação do modelo de molécula do DNA.

De forma resumida, podemos dizer que a genética é uma espécie de ciência da informação, que permite a compreensão das leis da hereditariedade e seus conhecimentos nos auxiliam a interpretar a vida desde o nível celular até as populações e suas gerações ao longo do tempo.

Um pouco da pré-história da Genética

Reconhecer que semelhantes geram semelhantes foi um pensamento que antecedeu todas as pesquisas, pois redundou numa pergunta: Como os progenitores transmitem suas características aos descendentes?

Antes do surgimento da Genética, muitas foram as teorias criadas para responder a esta questão.

1- Os gregos (Hipócrates, entre outros) – conceberam a teoria da Pangênese – segundo a qual a atividade sexual implicava a transferência de miniaturas dos órgãos do corpo (pelos, unhas, ossos) que iam crescendo e pouco a pouco se separando umas das outras.

2- Charles Darwin [1809 – 1882] na segunda metade do século XIX retomou a teoria da Pangênese, explicando que cada órgão (olhos, rins, etc.) produziria gêmulas que se acumulariam nos órgãos sexuais e seriam transmitidas durante a relação sexual se desenvolvendo no embrião.

3- Alternativamente, havia a teoria do preformismo, segundo a qual o espermatozoide ou o óvulo continha um indivíduo completo em miniatura chamado homúnculo. O desenvolvimento embrionário seria apenas o crescimento desse homúnculo e o útero era o ambiente onde este crescimento ocorria.

4- Com o surgimento de microscópios mais aperfeiçoados a teoria do preformismo foi abandonada, pois ninguém conseguia observar homúnculos em gametas. Já a teoria da Pangênese ainda permaneceria viva por mais tempo, uma vez que era fácil justificar que as gêmulas eram muito pequenas para serem observadas. Porém foi descartada por August Weismann, quando demonstrou que ratos com caudas cortadas continuavam produzindo prole com cauda normal e, segundo esta teoria, as gêmulas formadas pelas caudas cortadas deveriam produzir caudas curtas.

5- Nos anos 1800 outra teoria, sem base experimental, surgiu para tentar responder a esta questão:  a teoria da mistura. Segundo esta teoria os descendentes deveriam ser intermediários aos pais, pois seriam o resultado da mistura do sangue e os descendentes eram híbridos. Ou seja: cachorros marrom-escuros cruzados com fêmeas amarelas deveriam ter filhotes marrom claro, o que não ocorre. Diante dos fatos, desde que foi proposta esta teoria não teve muita credibilidade.

O nascimento da genética: 

6-Ainda nos anos de 1800, de forma anônima, Gregor Mendel [1822-1884], um monge austríaco, elaborou um experimento com ervilhas para desvendar as leis da hereditariedade. Seus experimentos foram realizados no período de 1856 a 1863 e seu laboratório era o jardim do mosteiro, onde vivia. Seus experimentos envolviam a fecundação cruzada da geração parental (P), seguida da autofecundação da geração de descendentes híbridos (F1).

A partir dos seus experimentos Mendel descartou a teoria da mistura e sugeriu que os fatores que controlavam a herança eram como ‘partículas” e não como líquidos que se misturavam. Além do conceito de partículas Mendel cunhou o termo “alelos”, sugerindo que, para cada característica, um indivíduo receberia duas partículas de origem diferentes: uma paterna e outra materna.
Gregor Mendel

Em 1866, Mendel publicou seu estudo sobre a hereditariedade das ervilhas no periódico de História Natural de Viena. Ele abordou o problema da hereditariedade do ponto de vista matemático e, além de observar os tipos de descendentes formados, contava a quantidade de cada tipo de descendente, identificando que a proporção de cada descendente era muito importante. Porém, por várias questões biológicas, seus experimentos não podiam ser repetidos com qualquer tipo de vegetal, por isso ao tentar realizá-los com uma variedade de chicória, não obteve sucesso. Seus trabalhos permaneceram esquecidos por 34 anos, assim, ao morrer em 1884, Mendel era relativamente desconhecido no mundo da ciência.

7- A redescoberta independente dos trabalhos de Mendel por três botânicos interessados nos mesmos problemas ocorreu em 1900. Foram eles: Hugo De Vries (holandês); Karl Correns (alemão); Erich Tschermak (suíço). A divulgação destes trabalhos se deve, principalmente, a William Bateson, que leu sua publicação em 1900 durante uma viagem de trem em direção a Londres, onde participaria de uma conferência.

Foi Bateson que, em 1905, cunhou o termo genética, que significa - o estudo da herança. Com a criação do termo genética, as partículas de Mendel passaram a ser conhecidas como “genes” e Mendel foi homenageado, postumamente, ao ser considerado o “Pai da Genética”.

William Bateson

8- Foram várias as contribuições de Mendel para genética: ele percebeu que existem fatores específicos que são transmitidos pelos pais à prole. Constatou que estes fatores ocorrem aos pares e que os descendentes recebem um de cada genitor. Também descobriu que a prevalência destes fatores era diferente e alguns somente se manifestavam quando em dupla dose, enquanto outros mesmo em dose simples determinavam sua característica. Assim, chamou de dominantes os fatores que se manifestavam mesmo que em dose única e de recessivos os que somente se manifestavam em dose dupla. A partir de seus experimentos, ele elaborou duas leis sobre a hereditariedade, que passaram a ser chamadas 1ª e 2ª Leis de Mendel.

Os trabalhos de Mendel deixaram uma pergunta em aberto: O que eram os fatores específicos, que podiam ser transmitidos de pais para filhos?

Desse modo, a genética não se limitou às descobertas de Mendel e envolveu outros importantes descobertas e a primeira metade do século XX se caracterizou por um bum de pesquisas e informações relevantes sobre as leis que regem a hereditariedade.

9- Por volta de 1884, com a utilização de microscópios cada vez melhores, o estudo das células permitiu a identificação de corpos finos e compridos, que eram identificados durante a divisão celular e ficavam armazenados no núcleo da célula. Por se corarem intensamente estas estruturas foram denominadas: cromossomos.

Porém, somente em 1902, as descobertas de Mendel seriam associadas aos cromossomos. Isso foi feito pelos pesquisadores Walter Sutton e Theodor Boveri, que perceberam que os cromossomos tinham muito em comum com os fatores de Mendel, pois todos formavam pares nas células dos organismos, mas, nos gametas, apenas um dos componentes de cada par estava presente. Com experimentos independentes, eles chegaram às mesmas conclusões e a teoria de Sutton-Boveri afirmava que os fatores de Mendel estavam nos cromossomos.

Walter Sutton e Theodor Boveri
 Porém, restava ainda descobrir em que parte dos cromossomos estavam os genes!

10- Morgan, a partir de 1907, estudando Drosophila melanogaster, conseguiu comprovar a relação entre genes e cromossomos proposta por Sutton e Boveri. Também descobriu que durante a formação dos gametas os cromossomos homólogos se recombinam, trocando segmentos entre si. Em 1910 as pesquisas de Morgan e seus orientados também revelaram que os genes ocupam locais específicos (“endereço”) nos cromossomos, tais locais foram chamados então de loci gênico. Assim cada gene tem um endereço específico nos cromossomos, este endereço é chamado locus ou loco e é ocupado por todos os alelos de um mesmo gene.

Thomas Morgan; Alfred Sturtevant e Ronald Fischer

11- Em 1913 – Sturtevant criou o primeiro mapa genético, relacionando alguns genes a locos de cromossomos específicos.

Na primeira metade do século vinte, a relação entre genes e cromossomos gerou uma nova questão: Se os cromossomos eucarióticos são formados por uma combinação de DNA e proteínas, qual dessas moléculas porta os genes? 

12- Antes de ser descoberta a molécula da vida, ainda temos que destacar as pesquisas de Hardy e Weinberg, quem em 1908 de forma independente, formularam as bases da genética de populações e de Ronald Fisher, que, em 1918, fundou o campo da genética quantitativa, ao identificar que algumas características eram determinadas por 2 ou mais genes, cujos alelos tinham efeito aditivo.
G. H. Hardy e Wilhelm Weinberg
 
Somente a partir de 1928 as pesquisas com bactérias trouxeram novas perspectivas para desvendar qual era a molécula da vida.


13- Em 1928, Fred Griffith descobriu que estrato de bactérias patogênicas podia transformar linhagens inócuas em patogênicas.

14- Em1931, as pesquisadoras Harriet Creighton e Barbara McClintock demonstraram que a permuta cromossômica durante a meiose era a causa da recombinação e, em 1941, Tatun e Beadle propuseram a hipótese “um gene – um polipeptídeo”.

Barbara McClintock e Harriet Craighton
Edward Tatum e George Beadle

15- Em 1944, Avery, MacLeod e McCarty buscaram identificar qual era a substância capaz de realizar as transformações das bactérias descritas por Griffith. A partir dos experimentos de transformação de bactérias, pesquisaram o elemento transformante e, mesmo sem ter certeza absoluta, eles sugeriram que seria o DNA.

Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty

16- Em 1950, Erwin Chargaff descobriu a proporcionalidade das bases adenina e timina (A-T), e entre citosina e guanina (C-G) do DNA.

17- Alguns anos mais tarde, em 1952, com a utilização de métodos de pesquisa mais refinados, Martha Chase e Alfred Hershey comprovaram que era o DNA que portava a informação genética.

Erwin Chargaff; Martha Chase e Alfred Hershey

18- Em 25 de abril de 1953, James Watson e Francis Crick, publicaram na revista Nature o modelo da molécula de DNA. Pelo qual receberam o Prêmio Nobel em 1962.

19- Em 1954, Gamow idealizou o modelo no qual uma trinca de Nucleotídeos do DNA serve para codificar um aminoácido de uma cadeia polipeptídica. Ou seja, é necessária uma trinca de nucleotídeos para codificar um AA.

20- Em 1959, Arthur Kornberg recebeu o Prêmio Nobel pela descoberta da enzima e do processo de duplicação semiconservativa do DNA.

21- Em 1960 foi descoberto o RNA mensageiro.

22- Em 1961 foi comprovado que o código genético era formado por trincas de nucleotídios.  Através da soma de trabalhos de vários pesquisadores, a partir da molécula de RNA mensageiro, o código genético foi totalmente decifrado em 1966, sendo elaborada uma tabela utilizada desde então.

23- Por volta de 1970-1973 iniciaram as pesquisas sobre tecnologia de DNA recombinante (engenharia genética).

24- Em 1988 iniciou o projeto Genoma Humano, que foi concluído em 2003, identificando que maior parte da molécula de DNA não estava envolvida na codificação de proteínas, sendo, portanto designada como DNA lixo. Mas, em 2005, a revista ciência hoje publicou um artigo sobre os achados do biólogo Peter Andolfatto, da Universidade da Califórnia em San Diego (EUA), os quais levam a crer que a contribuição do DNA ‘lixo’ é muito significativa, especialmente para a evolução. “Segundo o autor, ele é responsável por tantas diferenças adaptativas entre espécies quanto as alterações nas proteínas, consideradas a principal força por trás desse fenômeno. Ele acrescenta que, na totalidade, as regiões não-codificantes podem ser cinco vezes mais importantes para o processo.

25- Atualmente se reconhece a necessidade dos Projetos Proteoma e Ranômico, para compreensão mais completa da hereditariedade humana.

A sequência de fatos resumida até aqui mostra que os conhecimentos básicos da genética levaram mais de 100 anos para serem estruturados e que a ciência é o resultado do trabalho investigativo de homens e mulheres ao longo do tempo.

Referências:
Experimentos Clássicos: DNA como material genético - https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-genetic-material/ 

FURTADO, Fred. DO LIXO AO LUXO: DNA tido como irrelevante pode ser mais importante para a evolução do que se pensava. Ciência Hoje On-line, 31/10/05, disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br/3564

MARTHO, Gilberto Rodrigues ; AMABIS, José Mariano. Curso Básico de Biologia: genética, evolução e ecologia. V.3 São Paulo : Ed. Moderna, 1985.

WATSON, James D. ; BERRY, Andrew. DNA: O segredo da Vida. (Tradução de Carlos Afonso Malferrari) São Paulo : Companhia das Letras, 2005.

POZZANA, Marco (diretor de conteúdo) Mario Moscatelli; Heitor Scalambrini Costa; Fernando Tatagiba; Carlos Reif; Branca Medina (colaboradores). Um breve histórico da Genética  - Biólogo - https://biologo.com.br/bio/historia-da-genetica/ 

Fontes das imagens:

1- Mendel - Fonte da ilustração – Wikipedia : https://en.wikipedia.org/wiki/Gregor_Mendel#/media/File:Gregor_Mendel_2.jpg

2- Bateson - Fonte da ilustração: History Genetics Society: http://www.genetics.org.uk/mission-and-priorities/history/

3- Sutton e Boveri - Fonte da imagem de Sutton - Dux college - https://dc.edu.au/hsc-biology-blueprint-of-life/ e fonte da imagem de Boveri – Wikipedia - https://pt.wikipedia.org/wiki/Theodor_Boveri

4- Fontes da imagem de Hardy e Weinber - Wikipedia - https://nn.wikipedia.org/wiki/G.H._Hardy e  Genetics July 1, 1999 vol. 152 no. 3 821-825 http://www.genetics.org/content/152/3/821

5- Morgan, Sturtevan e Fisher – fontes: Nobel Prizes & Laureates https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1933/morgan/biographical/  Caltech-  http://archives-dc.library.caltech.edu/islandora/object/ct1%3A4179 e Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Ronald_Fisher
 
6- McClintock e Creighton -  DNA Learnig Center  https://www.dnalc.org/view/16672-Gallery-32-Barbara-McClintock-and-Harriet-Creighton-1956.html

7- Tatum e  Beadle - Nobel Prize - https://www.nobelprize.org/search/?s=Edward+Tatum e MIT- https://compton.mit.edu/george-w-beadle
 
8- Avery, MacLeod e McCarty – Fonte: U.S. National Library of Medicine (NLM) e National Academy of Sciences (NAS)  https://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/CC/p-visuals/true ; https://en.wikipedia.org/wiki/Colin_Munro_MacLeodhttp://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/mccarty-maclyn.pdf
 
9- Chargaff, Chase e Hershey: fontes https://www.brainpickings.org/2016/07/27/erwin-chargaff-heraclitean-fire-misfit/ e https://www.dnalc.org/view/16406-Gallery-18-Alfred-Hershey-and-Martha-Chase-1953.html

10 –Watson e Crick - Fonte: Giants in genomics - https://www.yourgenome.org/stories/giants-in-genomics-francis-crick

10 janeiro, 2019

Dois passeios de bike abençoados!

Escrito por


Uma parada no Caravaginho depois de descer o Loretto, para descansar as mãos e esfriar os freios, pois é uma descida punk!
Pedalar é uma aventura de descobertas de lugarejos e paisagens que permanecem muitas vezes ocultas para quem utiliza apenas o carro.

Nos 28 anos desde que voltei a morar em Bento Gonçalves não conhecia quase nada das estradinhas, interiores, distritos que passei a conhecer a partir de 2016 quando iniciei a pedalar, pois de carro praticamente fazia os mesmos caminhos e, apesar de ter sido uma experiência espetacular, que redundou em amizades queridas, durante os 23 anos que voei de paraglaider fiquei muito limitada a alguns sítios de voo.

Assim, pedalar tem para mim o sentido da descoberta, mas além disso, há por vezes um sentido de encantamento por sentir-se abençoada. Foi isso que ocorreu nos dias três e nove de janeiro de 2019.

Estas pedaladas tiveram componentes muito parecidos: em ambas iniciamos o passeio bem cedinho, no dia três saímos as 04:55 e no dia nove saímos as 5:15. Antes de amanhecer apreciando um céu estrelado. Mas esta não foi a única semelhança pois ambas as datas foram precedidas de por dias tórridos, mas nos surpreenderam com temperaturas agradáveis que possibilitaram os longos trajetos planejados antecipadamente.

Vamos falar mais de cada um destes dias:

03/01/2019: este dia teve um início de madrugada ainda abafado, que dificultou o sono. Ao levantar as 4:00 da manhã começou um leve conforto térmico, mas temíamos que se repetisse o clima do tipo “forno” da quarta-feira 02/01.

Para este dia, havíamos combinado, desde antes do Natal, que faríamos um pedal até o pouso do Ninho das Águias que fica em Vila Cristina, distrito de Caxias do Sul e na fronteira com Nova Petrópolis.

Nosso roteiro foi percorrer os Caminhos de Pedra, pegar o trajeto para o Santuário de Caravágio até Farroupilha, dali pegar a linha Julieta até Forqueta, seguir pela estrada da Uva até descer o Loretto e pegar a estrada do Vinho que desemboca bem próximo à Br 116 em Vila Cristina e dái seguir até o pouso.

No pouso ficamos uma hora descansando e dando uma recarga na bateria, pois minha bike tem assistente de pedal e precisa de um reforço para percursos maiores do que 100 km, já que voltamos por Alto Feliz até Nova Milano, depois Farroupilha, retornando pelos Caminhos de Pedra, num percurso de 130 km. Nesta trupe estávamos eu, Isaías, Rafa e Renata (um quarteto fantástico em parceria!).

Percorremos os Caminhos de Pedra observando Vênus e Júpiter alinhados no Leste, até que as 5:30 apareceu o Lua Minguante, muito magrinha, quase virando Nova. Já em torno de 6:30 fizemos uma parada na Igrejinha do Bairro Farrapos de Farroupilha para um lanchinho matinal e ficamos felizes ao ver que o dia amanhecia com o Sol encoberto e estava fresquinho.

Na parada para o café da manhã os sorrisos da Renata e Rafa evidenciam a alegria pelo céu encoberto e a temperatura amena. Nessa hora ainda temíamos que o calourão do dia anterior pudesse voltar e dificultar nosso pedal.

Mais tarde, descendo já pela estrada da Uva, percebemos que o vento e o céu ainda encoberto das 8:00 haviam deixado a temperatura mais fresca do que estava na madrugada e assim seguimos até o Ninho.

No caminho para Vale Real seguimos pelo acostamento da rodovia com o céu escuro pelas nuvens carregadas e prenunciando uma pancada de chuva, o vento forte já estava com o frescor de pancadas de chuva da redondeza.

Instantes antes da chuva forte chegar, encontramos abrigo em um restaurante de estrada e esperamos a pancada virar um chuvisqueiro para seguir viagem. Durante este trajeto refrescante, cada vez que a chuva aumentava encontrávamos alguma parada de ônibus ou algum toldo ou uma marquise para esperar a chuva diminuir.

Ao abrigo da tormenta, antes de prosseguir para Alto Feliz.
Somente no final, a partir da volta pelo bairro Farrapos e Caminhos de Pedra, não queríamos mais parar seguimos com mais ou menos chuva, mas foi somente depois de chegar em casa que a chuva realmente aumentou novamente, mas aí já foi a hora em que se tomou um banho quentinho e reparador. Missão cumprida!

O dia 09/01/2019 também foi precedido por um clima abafado com uma chuva iniciando à noite até cerca de 1:00 da manhã. Aqui não foi um temporal tão forte quanto em outros municípios do Rio Grande do Sul e, ao levantarmos as 4:00, já não havia mais chuva, porém o céu estava mais encoberto e pouco se via além da Vênus e Júpiter ainda alinhados. A Lua Já na fase Nova, não deu o ar de sua graça. Além da Lua, nosso quarteto esteve desfalcado da Renata que tinha compromisso de trabalho.

Neste dia nosso trajeto foi o mesmo até Forqueta, mas dali seguimos à cidade de Caxias do Sul, com o objetivo de retirar um exame de densitometria realizado em um laboratório na Rua Julho de Castilhos.

De Forqueta seguimos pelo desvio Rizzo e numa parte do trajeto me perdi e tomei um caminho que levou para a faixa, após um SMS e telefonemas nos reencontramos e seguimos pelo acostamento e ruas laterais da ERS 122.

Uma das diversões desse percurso foi, a partir da Rua lateral do Mart Center chegar a um acesso por escada do estacionamento do shopping Iguatemi que ainda estava vazio. Poder pedalar livremente, sem a preocupação com carros e espaço é muito legal. O Rafa até aproveitou para fazer um trajeto mais caprichoso e desenhar seu Strava.

Depois de pegar os exames, retornamos a Bento, seguindo pelas ruas lateais da ERS-122 até a Estrda do Sul e depois o caminho para o Hotel Samuara, seguindo até a rua Vênetto que nos deixou em Farroupilha através de paisagens encatadoras. Daí foi voltar pelo bairro Farrapos até Caminhos de Pedra e acelarar o máximo até em casa.

Trajeto do dia 09 desenhado no Strava do Rafa.
Eu percorri 89 Km, mas o Isaías e Rafa fizeram 92, pois tiveram que voltar para me reencontrar. Fazia uns 20 min ou menos que estávamos em casa e começou uma forte chuva. Durante todo o trajeto o céu encoberto garantiu uma temperatura agradável. Realmente nestas férias estamos aproveitando para pedalar bastante e depois descansar com a alma lavada e os corpos cansados, mas sequinhos.
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