O genoma humano e o conjunto completo de sequencias de acido nucleico codificado como DNA dentro dos 23 pares de cromossomos nos nucleos das celulas e em uma pequena molecula de DNA encontrada nas mitocondrias individuais. Usualmente, o genoma mitocondrial e tratado separadamente do genoma nuclear. ^{[ 1 ]}

Os genomas humanos sao compostos tanto por genes de DNA codificadores de proteinas quanto por DNAs nao codificadores .

Os genomas humanos haploides estao contidos nas celulas germinativas ( ovulo s e espermatozoides ) e sao constituidos por tres bilhoes de pares de bases de DNA , enquanto os genomas diploides (encontrados em celulas somaticas ) tem o dobro do conteudo de DNA. Embora existam diferencas significativas entre os genomas de individuos humanos (na ordem de 0,1%), ^{[ 2 ]} estes sao consideravelmente menores que as diferencas entre humanos e seus parentes vivos mais proximos, os chimpanzes (aproximadamente 4%) ^{[ 3 ]} e os bonobos . As primeiras sequencias do genoma humano foram publicadas em fevereiro de 2001 pelo Projeto Genoma Humano ^{[ 4 ]} e pela Celera Corporation. ^{[ 5 ]} A conclusao da sequencia do projeto do genoma humano foi publicada em 2004. ^{[ 6 ]} O genoma humano foi o primeiro de todos os vertebrados a ser completamente sequenciado. A partir de 2012, milhares de genomas humanos foram completamente sequenciados, e muitos outros foram mapeados em niveis mais baixos de resolucao. Esses dados sao usados mundialmente em ciencias biomedicas , antropologia , ciencia forense e outros ramos da ciencia. Existe uma expectativa amplamente difundida de que os estudos genomicos levarao a avancos no diagnostico e tratamento de doencas e em novas teorias em muitos campos da biologia, por exemplo a evolucao humana .

Embora a sequencia do genoma humano tenha sido quase totalmente sequenciada, ela ainda nao e totalmente compreendida. A maioria dos genes foi identificada por uma combinacao de abordagens experimentais e de bioinformatica de alto rendimento, mas ainda ha muito trabalho a ser feito para elucidar melhor as funcoes biologicas de seus produtos ( proteinas e RNA ).

Existem cerca de 19 000 a 20 000 genes codificadores de proteinas humanas. ^{[ 7 ]} A estimativa do numero de genes humanos foi repetidamente revisada para baixo de previsoes iniciais de 100 000 ou mais, ja que a qualidade da sequencia do genoma e os metodos de deteccao de genes melhoraram e poderiam continuar a cair ainda mais. ^{[ 6 ] [ 8 ]} Sequencias codificadoras de proteinas representam apenas uma pequena fracao do genoma (aproximadamente 1,5%), e o resto e associado com moleculas de RNA nao codificante , sequencias reguladoras de DNA , LINEs , SINEs , introns , e sequencias de funcoes ainda indeterminadas. ^{[ 9 ]}

Em junho de 2016, os cientistas anunciaram formalmente o HGP-Write, um plano para sintetizar o genoma humano. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Organizacao molecular e conteudo genetico [ editar | editar codigo-fonte ]

O comprimento total do genoma humano e superior a 3 bilhoes de pares de bases. O genoma e organizado em 22 cromossomos pareados, mais o cromossomo X pareado com outro cromossomo X em femeas, e, em machos, com um cromossomo Y .

Cromossomos sao grandes moleculas lineares de DNA contidas no nucleo da celula. O genoma tambem inclui o DNA mitocondrial , uma molecula circular com tamanho bem menor que o do DNA nuclear e que se localiza nas mitocondrias .

Na tabela a seguir, estao expostas informacoes basicas sobre o genoma humano, baseadas em uma referencia. Logo, a tabela nao representa a sequencia de nenhum individuo especifico. (Fonte de dados: Ensembl genome browser release 87 , December 2016 para a maioria dos valores; Ensembl genome browser release 68 , julho de 2012 para miRNA, rRNA, snRNA, snoRNA.)

Tabela 1 (acima) resume a organizacao fisica e o conteudo genico do genoma de referencia humano, com links para a analise original, conforme publicado no banco de dados Ensembl do Instituto Europeu de Bioinformatica (EBI) e do Wellcome Trust Sanger Institute.

Os comprimentos cromossomicos foram estimados pela multiplicacao do numero de pares de bases por 0,34 nanometros - a distancia entre pares de bases em uma dupla helice do DNA .

O numero de proteinas baseia-se no numero inicial de transcritos de precursores RNAm e nao inclui produtos de splicing alternativo , ou modificacoes na estrutura proteica que ocorrem apos a traducao .

Variacoes sao diferencas unicas na sequencia de DNA que foram identificadas nas sequencias do genoma humano analisadas pela Ensembl em dezembro de 2016. Espera-se que o numero de variacoes identificadas aumente a medida que outros genomas pessoais sejam sequenciados e analisados. Alem do conteudo genico mostrado nesta tabela, um grande numero de sequencias funcionais nao expressas foram identificadas em todo o genoma humano (ver abaixo).

RNAs nao-codificantes pequenos sao RNAs de ate 200 bases que nao possuem potencial de codificacao de proteinas. Estes incluem: microRNAs ou miRNAs (reguladores pos-transcricionais da expressao genica), RNAs nucleares pequenos ou snRNAs (os componentes de RNA dos spliceosomos ) e RNAs nucleolares pequenos , ou snoRNA (envolvido na orientacao de modificacoes quimicas para outras moleculas de RNA). RNAs longos nao-codificantes sao moleculas de RNA com mais de 200 bases que nao possuem potencial de codificacao de proteinas. Estes incluem: RNAs ribossomicos ou rRNAs (os componentes de RNA dos ribossomos ), e uma variedade de outros RNAs longos que estao envolvidos na regulacao da expressao genica , epigenetica , e regulacao da atividade de genes codificadores de proteinas.

Das 126.018 variacoes estruturais descobertas existe variacoes medicamente importantes herdadas dos denisovanos nas populacoes oceanicas da Papua Nova Guine e nas proximidades, incluindo uma exclusao de alta frequencia no gene AQR que desempenha um papel na deteccao de virus e na regulacao da resposta imune antiviral. ^{[ 12 ]}

Completude da sequencia do genoma humano [ editar | editar codigo-fonte ]

Embora o genoma humano tenha sido completamente sequenciado para todos os fins praticos, ainda existem centenas de lacunas na sequencia. Um estudo recente observou mais de 160 lacunas eucromaticas, das quais 50 lacunas foram fechadas. ^{[ 13 ]} No entanto, ainda existem numerosas lacunas nas partes heterocromaticas do genoma que sao muito mais dificeis de sequenciar devido a numerosas repeticoes e outras sequencias de caracteristicas intrataveis.

Conteudo da informacao [ editar | editar codigo-fonte ]

O genoma humano de referencia (GRC v38) foi compactado com sucesso para ~ 5,2 vezes (razoavelmente menos que 550 MB) em 155 minutos usando um computador de mesa com 6,4 GB de RAM. ^{[ 14 ]}

O genoma humano haploide (23 cromossomos ) tem cerca de 3 bilhoes de pares de bases e contem cerca de 30 000 genes. ^{[ 15 ]} Como cada par de bases pode ser codificado por 2 bits, isso significa aproximadamente 750 megabytes de dados. Uma celula somatica individual ( diploide ) contem o dobro dessa quantidade, isto e, cerca de 6 bilhoes de pares de bases. Os homens tem menos que as mulheres porque o cromossomo Y tem cerca de 57 milhoes de pares de bases, enquanto o X e cerca de 156 milhoes, mas em termos de informacao os homens tem mais porque o segundo X contem quase as mesmas informacoes que o primeiro. Como os genomas individuais variam em sequencia em menos de 1% um do outro, as variacoes do genoma de um dado humano a partir de uma referencia comum podem ser compactadas sem perda para aproximadamente 4 megabytes. ^{[ 16 ]}

A taxa de entropia do genoma difere significativamente entre sequencias codificadoras e nao codificadoras. Esta perto do maximo de 2 bits por par de bases para as sequencias de codificacao (cerca de 45 milhoes de pares de bases), mas menos para as partes nao codificantes. Ele varia entre 1,5 e 1,9 bits por par de bases para o cromossomo individual, exceto pelo cromossomo Y, que tem uma taxa de entropia abaixo de 0,9 bits por par de bases. ^{[ 17 ]}

DNA mitocondrial [ editar | editar codigo-fonte ]

O DNA mitocondrial humano e de tremendo interesse para os geneticistas, uma vez que, sem duvida, desempenha um papel em doencas mitocondriais. Tambem esclarece a evolucao humana; por exemplo, a analise da variacao no genoma mitocondrial humano levou a postulacao de um ancestral comum recente para todos os seres humanos na linha de descendencia materna (ver Eva mitocondrial ).

Devido a falta de um sistema para checar erros de copia, o DNA mitocondrial (mtDNA) tem uma taxa de variacao mais rapida do que o DNA nuclear. Esta taxa de mutacao 20 vezes maior permite que o mtDNA seja usado para um rastreamento mais preciso da ancestralidade materna. Estudos de mtDNA em populacoes permitiram tracar antigos caminhos migratorios, como a migracao de nativos americanos da Siberia ou polinesios do sudeste da Asia . Ele tambem tem sido usado para mostrar que nao ha vestigios de DNA neandertal na mistura genetica europeia herdada atraves da linhagem puramente materna. ^{[ 18 ]} Devido a forma restritiva de todos ou nenhum tipo de heranca de mtDNA, este resultado (nenhum vestigio de mtDNA de Neandertal) seria provavel ao menos que houvesse uma grande porcentagem de ascendencia neandertal, ou houvesse forte selecao positiva para esse mtDNA (por exemplo, 5 geracoes, apenas 1 de seus 32 ancestrais contribuiu para o seu mtDNA, entao se um desses 32 fosse puro Neanderthal, voce esperaria que ~ 3% do seu DNA autossomico fosse de origem neandertal, mas voce teria uma chance de ~ 97% de ter nenhum vestigio de mtDNA de Neanderthal).

Epigenoma [ editar | editar codigo-fonte ]

A epigenetica descreve uma variedade de caracteristicas do genoma humano que transcendem sua sequencia primaria de DNA, como o acondicionamento da cromatina , modificacoes de histonas e metilacao do DNA , e que sao importantes na regulacao da expressao genica, replicacao do genoma e outros processos celulares.

Os marcadores epigeneticos podem promover ou desestimular a transcricao de certos genes, mas nao afetam a sequencia real dos nucleotideos do DNA.

A metilacao do DNA e uma das principais formas de controle epigenetico sobre a expressao genica e um dos topicos mais estudados em epigenetica. Durante o desenvolvimento, o perfil de metilacao do DNA humano experimenta mudancas dramaticas. Nas primeiras celulas da linhagem germinativa, o genoma tem niveis muito baixos de metilacao. Esses baixos niveis geralmente descrevem genes ativos. A medida que o desenvolvimento progride, as etiquetas de impressao dos pais levam ao aumento da atividade de metilacao. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Padroes epigeneticos podem ser identificados entre os tecidos dentro de um mesmo individuo.

Genes identicos que tem diferencas apenas em seu estado epigenetico sao chamados epialelos . Os epialelos podem ser colocadas em tres categorias:

• aquelas diretamente determinadas pelo genotipo de um individuo.
• aquelas influenciadas pelo genotipo;
• aquelas inteiramente independentes do genotipo.

O epigenoma tambem e influenciado significativamente por fatores ambientais. Dieta, toxinas e hormonios afetam o estado epigenetico. Estudos em manipulacao dietetica demonstraram que dietas com deficiencia de metil estao associadas a hipometilacao do epigenoma. Tais estudos estabelecem a epigenetica como uma importante interface entre o ambiente e o genoma. ^{[ 21 ]}

Referencias

Ligacoes externas [ editar | editar codigo-fonte ]

• Ensembl O projeto Navegl Genome Browser
• Visualizador do genoma humano da Biblioteca Nacional de Medicina
• Navegador do Genoma UCSC .
• Projeto Genoma Humano .