"As ferramentas que desenvolvemos são usadas para
uma ampla gama de aplicações — para descobrir genes e proteínas associados a
doenças, assim como polimorfismos que possam afetar a segurança e eficácia de
medicamentos [...], para possibilitar a detecção prematura de patógenos
nocivos, e para fornecer provas cabais de culpa ou inocência em crimes
graves."
Creative Commons CC-BY-SA-2.5
— C. Buzrick, citado em Applied Biosystems
(2006), M. Springer
O sequenciamento do genoma humano figura entre os projetos
científicos mais audaciosos da história, ombreando com as missões lunares do
programa Apollo e a construção do Grande Colisor de Hádrons (LHC). Hoje, a
leitura do DNA é a base da medicina personalizada, da farmacogenômica e do
diagnóstico precoce de patologias complexas. No entanto, decifrar esse código
em larga escala exigiu uma revolução tecnológica direta: a automação da leitura
genética.
Decifrando o código da vida
Se você busca operações complexas de decifração de códigos,
esqueça os enigmas da ficção ou as máquinas criptográficas da Segunda Guerra
Mundial. O maior quebra-cabeça informacional sempre esteve inscrito no interior
das células.
O Projeto Genoma Humano (PGH) foi lançado formalmente
em 1990, coordenado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) e pelo
Departamento de Energia dos Estados Unidos, contando com uma ampla rede de
cooperação internacional. O objetivo era mapear integralmente o genoma humano,
esforço liderado incialmente por James Watson e, a partir de 1993, conduzido
por Francis Collins.
O material genético humano distribui-se em 23 pares de
cromossomos, abrigando entre 20 mil e 25 mil genes funcionais em meio a
vastas sequências regulatórias. Esse conjunto soma cerca de 3,3 bilhões de
pares de bases, constituídos por quatro nucleotídeos fundamentais:
- A
(Adenina)
- G
(Guanina)
- C
(Citosina)
- T
(Timina)
A versão final do mapeamento foi concluída em abril de
2003, com mais de dois anos de antecedência e um custo total em torno de
US$ 2,7 bilhões a US$ 3 bilhões — abaixo das projeções orçamentárias iniciais.
Dos métodos manuais à automação por fluorescência
A observação do DNA remonta ao final do século XIX, quando
Friedrich Miescher isolou a substância pela primeira vez. Décadas depois, em
1953, James Watson e Francis Crick — fundamentados nos dados cristalográficos
essenciais gerados por Rosalind Franklin — descreveram o modelo de dupla
hélice. Contudo, desvendar a ordem exata das bases nitrogenadas permanecia um
gargalo prático intransponível.
Em 1977, Frederick Sanger desenvolveu o método de terminação
de cadeia (método de Sanger). Embora revolucionária e merecedora de um Prêmio
Nobel, a técnica original dependia de:
- Fragmentação
e incorporação de radioisótopos (marcação radioativa);
- Separação
manual de fragmentos em placas de gel de poliacrilamida;
- Revelação
visual demorada por meio de filmes de autorradiografia.
Sob esse fluxo estritamente manual, um técnico especializado
conseguia ler apenas poucas centenas de bases por dia de trabalho.
O marco da Applied Biosystems: o ABI Model 370A
A virada de paradigma ocorreu entre 1985 e 1986. O biólogo Leroy
Hood e sua equipe no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) —
incluindo Lloyd Smith, Michael Hunkapiller e Tim Hunkapiller — conceberam uma
abordagem inédita: substituir os compostos radioativos por quatro corantes
fluorescentes distintos, associando cada cor a um tipo de base (
).
Essa inovação eliminou a necessidade de pistas paralelas no
gel. Todas as reações podiam ser processadas simultaneamente em uma única raia,
identificadas por detecção óptica a laser em tempo real.
A patente foi licenciada e industrializada pela Applied
Biosystems, empresa fundada em 1981 por Sam Eletr e André Marion. Entre
1986 e 1987, chegava ao mercado o ABI Model 370A, o primeiro
sequenciador comercial de DNA automatizado do mundo, apto a processar até 16
amostras de maneira concomitante.
A substituição do trabalho artesanal pela automação
eletromecânica reduziu drasticamente as margens de erro, protegeu operadores
contra materiais radioativos e acelerou exponencialmente o volume de dados
gerados por dia.
Da bancada aos genomas de mil dólares
O sequenciador ABI 370A abriu caminho para sucessivas
gerações de máquinas por eletroforese capilar (como os ABI 377 e ABI 3700), sem
as quais o PGH levaria décadas a mais para ser concluído.
Conforme dados do National Human Genome Research
Institute (NHGRI), a evolução dessa cadeia produtiva impactou diretamente a
economia da biotecnologia:
|
Período |
Marco Tecnológico |
Custo Médio por Genoma Completo |
|
2000–2003 |
ABI 3700 / Eletroforese capilar (PGH) |
~US$ 100 milhões (US$ 3 bi no projeto total) |
|
2007–2008 |
Início do Sequenciamento de Nova Geração (NGS) |
~US$ 1 milhão a US$ 300 mil |
|
2014 |
Plataformas industriais de alto rendimento |
~US$ 1.000 |
A transição inaugurada pelo ABI 370A transformou o
sequenciamento genético: de um experimento acadêmico moroso e centralizado em
megaconsórcios, a tecnologia converteu-se em uma rotina computacional acessível
a hospitais, centros periciais e laboratórios diagnósticos no mundo inteiro.
Referências Bibliográficas
CHALINE, Erich. 50 máquinas que mudaram o rumo da
história. Tradução de Fabiano Moraes. Rio de Janeiro: Sextante, 2014.
DU, Zijin; WILSON, Richard K. "Using the Automated DNA
Sequencer". In: Basic DNA and RNA Protocols (Methods in Molecular
Biology). Springer, 2000.
FRONTLINE GENOMICS. "A History of Sequencing".
Disponível em: frontlinegenomics.com, 2022.
HOOD, Leroy. "A Personal Journey of Discovery:
Developing Technology and Changing Biology". Annual Review of
Analytical Chemistry, v. 1, p. 1-43, 2008. DOI:
10.1146/annurev.anchem.1.031207.113113.
LANDER, Eric S. et al. "Initial sequencing and analysis
of the human genome". Nature, v. 409, p. 860-921, 2001. DOI:
10.1038/35057062.
NATIONAL HUMAN GENOME RESEARCH INSTITUTE (NHGRI).
"Human Genome Project Timeline" e "Human Genome Project
Results". Disponível em: genome.gov.
NATIONAL HUMAN GENOME RESEARCH INSTITUTE (NHGRI).
"International Consortium Completes Human Genome Project" (Comunicado
de imprensa, 14 abr. 2003). Disponível em: genome.gov.
