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Em nosso post anterior apresentamos como a bioinformática pode auxiliar no processo de análise de sequências de DNA humano para o diagnóstico de doenças genéticas. Vamos agora nos aprofundar sobre o pipeline de análise destas sequências e apresentar as etapas que estão envolvidas neste processo, até chegarmos na entrega do laudo técnico com a interpretação do especialista.

A imagem abaixo ilustra de forma resumida como seria o processo por trás de um exame que inclui a etapa de sequenciamento genético.  Porém, antes de detalharmos a figura, precisamos definir o que é sequenciamento genético.

Uma cópia do genoma humano tem aproximadamente 3 bilhões de bases A, T, C, G .   E cada ser humano tem 2 cópias deste genoma,  uma que herda do pai e outra da mãe.  Todas estas bases são organizadas em sequências de DNA, como grandes fitas.  O sequenciamento genético é uma técnica que envolve processos bioquímicos que permitem identificar cada nucleotídeo (base) em uma cadeia de DNA, como uma leitura, letra a letra.  Por exemplo,  em 1990 o projeto Genoma Humano (PGH) juntou esforços da comunidade científica internacional de mapear todo  genoma humano, isto é, fazer um mapa da sequência em que as bases que formam o DNA humano estão dispostos.  As aplicações são inumeráveis como por exemplo, na medicina, produção de medicamento, estudo de outras espécies, etc. Vale a pena a leitura sobre este projeto, se possível.

O sequenciamento de tamanho porte exige técnicas computacionais para representação eletrônica destas bases, assim como a digitalização de todas estas bases em pequenos trechos de bases de cada vez.  Na bioinformática há um campo de estudo só focado no desenvolvimento destes algoritmos computacionais, que conseguem remontar a sequência do genoma de um indivíduo.  Com o avanço da tecnologia, hoje é possível processarmos genomas em menor tempo sem perdas de qualidade do genoma ou exoma sequenciado. A NGS (Next-generation sequencing), onde utiliza-se uma nova geração de sequenciadores, possibilita o sequenciamento de múltiplos genomas, produzindo dados em larga escala. Há varios fabricantes de sequenciadores atualmente no mercado, como Illumina, Life Technologies, etc.  Nós da GENOMIKA possuímos uma destas máquinas de NGS  para o processamento de DNA.  Mais detalhes sobre este tema ficarão para outro post.  Agora que entendemos o que é o sequenciamento genético e como a tecnologia tem um papel importante neste processo, precisamos entender em que contexto ela se encaixa no sequenciamento clínico (clinical sequencing).

O sequenciamento clínico envolve o uso de sequenciamento genético e análise bioinformática para o diagnóstico de condições de interesse clínico, como doenças raras e tumores.

Aqui na Genomika unimos o uso de plataformas avançadas de sequenciamento com uma análise e interpretação precisa dos dados por bioinformatas, biomédicos, biólogos e médicos para a emissão do laudo técnico ao paciente e ao médico solicitante. Se retornarmos à figura acima,  o pipeline ("workflow")  se inicia, geralmente, quando um paciente, apresenta a suspeita de uma doença de características genéticas ou quando se deseja realizar uma análise para identificar a predisposição para uma específica enfermidade, como por exemplo, o famoso caso da atriz Angelina Jolie que realizou um teste genético para identificar o risco de câncer de mama.  Estas doenças decorrem de alterações genéticas específicas em regiões do paciente, ou seja, a troca  de uma ou mais letras no DNA. O médico então solicita um exame apropriado de acordo com a suspeita da doença. Por exemplo, para analisar o risco de mama o médico poderia solicitar o sequenciamento dos genes BRCA1 e BRCA2, ou em outros casos um estudo do exoma completo (exame de todos os genes).

Para realizar um exame genético, é necessário coletar uma amostra do paciente, que pode ser  de sangue, saliva ou medula.  Após  a coleta, a amostra é pré-processada no laboratório, onde é realizada a separação, extração e armazenamento do DNA que está presente nas células.  Nessa etapa os nossos especialistas contam com o auxílio de robôs (sim a robótica também está presente na análise genômica!), que preparam o DNA com a adição de reagentes específicos  (library preparation) que amplificam o DNA em milhares de vezes, para facilitar o sequenciamento.

Finalmente, a amostra é processada em um sequenciador automático, que codifica e digitaliza as sequências de DNA e, por meio de computação de alto desempenho, compara com bases de dados para saber o que está igual ou diferente no DNA. Estes dados são anotados e entregues aos especialistas, que por meio de uma análise minuciosa e, novamente com a ajuda da informática, que busca a literatura relevante de forma automática, determinam  se as alterações presentes são ou não causadoras da doença em questão.  Esta é a etapa mais laboriosa, e que realmente exige mais tempo, pois é feita a interpretação e escrita das conclusões, para se chegar no laudo revisado e consolidado. Na Genomika, nós nos dedicamos muito a esta etapa, e embasamos as interpretações e conclusões em estudos publicados na literatura médica.  O laudo final então é emitido e entregue ao paciente e médico, que analisará o laudo e tomará as devidas providências para o tratamento adequado e personalizado da doença, se esta for realmente identificada.

Sequenciamento genético é apenas um dos testes oferecidos na GENOMIKA. Há outros exames, como alergia molecular e sexagem fetal (identificação do sexo), entre outros, que incluem pipelines particulares para cada um.  Em suma, podemos concluir que a análise genômica envolve grandes desafios na interpretação de enormes quantidades de dados, que exigem uma equipe de bioinformatas e profissionais de saúde especializados, com o objetivo de entregar um laudo detalhado e clinicamente útil.

Em um post futuro, discutiremos mais sobre o sequenciamento genético e como ele "lê" um DNA e digitaliza essas informações.

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Personal_genomics