As doze mentes mais brilhantes da história da genética

Os maiores nomes da genética de todos os tempos.

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Dizer que o trabalho de um geneticista é interessante é um eufemismo. Ao estudar genética, esses cientistas estão fazendo descobertas incríveis e descobrindo coisas sobre a humanidade que ninguém jamais saberia de outra forma. Com essas descobertas, um geneticista é capaz de nos ajudar a mapear nossa linhagem, determinar previsões importantes sobre nossa saúde e até mesmo compreender melhor nosso corpo em geral.

É difícil de acreditar que da descoberta das leis da hereditariedade de Gregor Mendel ao sequenciamento completo do genoma humano passaram-se apenas 150 anos. Uma jornada fascinante para encontrar o ponto em comum das moléculas que definem a biologia da vida e um esforço científico sem precedentes de pessoas determinadas a esclarecer o mistério do que nos torna humanos.

Graças a algumas das grandes descobertas da história da genética, tivemos tempo para entender alguns dos maiores segredos da vida e também os laços genéticos que nos ligam a todos os organismos vivos. Nessa lista, veremos algumas das mentes mais brilhantes da história da genética, a ciência das nossas origens.

Gregor Mendel (1822-1884)

Considerado o pai da genética, Gregor Mendel foi um monge agostiniano e um cientista no século XIX. Ele realizou estudos com ervilhas que incluíram experimentos que estabeleceram muitas das regras de hereditariedade e deram às gerações futuras uma melhor compreensão do cruzamento de animais e plantas, permitindo-lhes favorecer certos traços desejáveis. Conhecidas hoje como as Leis de Mendel (ou Leis da Hereditariedade), ele determinou que algumas características eram dominantes e outras recessivas. Veja, por exemplo, a cor da semente. Quando Mendel cruzou uma ervilha amarela com uma ervilha verde, a prole produziu ervilhas amarelas porque a característica da ervilha amarela era dominante. Na geração seguinte, uma em cada quatro plantas produtoras de ervilha verde produziu ervilha amarela, por causa do gene recessivo. O verdadeiro significado da descoberta de Mendel não foi apreciado até meados do século XX porque foi tão controverso durante sua vida, então foi amplamente ignorado na época. Uma vez redescoberto, tornou-se a pedra angular do estudo da genética e da evolução. De um lado mais prático, permitiu o entendimento do cruzamento e levou ao desenvolvimento de linhas mais vigorosas e saudáveis ​​de vegetais e frutas que vemos hoje em nossos supermercados.

Albrecht Kossel (1853-1927)

As substâncias conhecidas como ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA) são encontradas em quase todas as células em quase todos os organismos. Desde sua descoberta em 1869, suspeitava-se que o DNA tinha uma importante função biológica. Muito antes de se confirmar que o DNA era o portador do material genético dos organismos, Albrecht Kossel começou a investigar as composições e propriedades químicas dos ácidos nucléicos. Entre 1885 e 1901, Albrecht Kossel descobriu que esses ácidos eram compostos de cinco bases de nitrogênio: adenina, citosina, guanina, timina e uracila. Posteriormente, foi demonstrado que esses compostos são nucleobases e são essenciais na formação do DNA e do RNA, o material genético encontrado em todas as células vivas. Kossel também conduziu pesquisas importantes sobre a composição da proteína, e sua pesquisa previu a descoberta da natureza polipeptídica da molécula da proteína. Ele recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1910 por sua pesquisa em biologia celular, por seu estudo da composição química do núcleo celular e por seu trabalho em isolar e descrever ácidos nucleicos. Kossel é considerado um dos grandes cientistas da bioquímica e da genética. Ao isolar e definir o ácido nucleico e as nucleobases, ele forneceu os precursores necessários que levaram ao modelo de dupla hélice de DNA, desenvolvido por James Watson e Francis Crick em 1953.

Edmund Wilson (1856-1939)

Nettie Stevens (1861-1912)

Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

Em 1905, ao observar os cromossomos de insetos, Nettie Stevens, uma geneticista americana, descobriu que, em algumas espécies, os cromossomos são diferentes entre os sexos. Ela observou que as células da larva da farinha fêmea tinham 20 grandes cromossomos. O homem também tinha 20 cromossomos, mas o vigésimo era notavelmente menor do que os outros 19. Stevens teorizou que o esperma que continha o cromossomo menor determinava o sexo masculino e, quando todos tinham o mesmo tamanho, o sexo feminino resultava. Assim, a base cromossômica do sexo dependia da presença ou ausência do cromossomo Y. Embora não os chamasse de XY, Nettie Stevens havia descoberto corretamente pela primeira vez como funcionava a determinação do sexo. Esta descoberta, também anunciada independentemente naquele ano por seu colega Edmund Beecher Wilson e mais tarde corroborada com as experiências de Thomas Hunt Morgan com moscas-das-frutas, não apenas encerrou o antigo debate sobre se o sexo era uma questão de hereditariedade ou influência ambiental embrionária, mas também foi o primeiro vínculo firme entre uma característica hereditária e um cromossomo específico. Tanto Stevens quanto Wilson e Morgan são creditados com a teoria da determinação do sexo pelos cromossomos, uma vez que chegaram a ela independentemente e acabaram fazendo referência um ao outro em seus trabalhos para apoiar suas conclusões (embora Morgan, muitas vezes, não tenha dado o devido crédito a Wilson e Stevens, deixando de citá-los em suas apostilas de ensino e minimizando o trabalho da cientista).

William Bateson (1861-1926)

William Bateson é conhecido como o “fundador da genética” por seu trabalho em fazer com que a comunidade científica reconhecesse o trabalho realizado por Gregor Mendel. Na verdade, durante seu tempo, o artigo de Mendel sobre os estudos de hereditariedade foi quase totalmente ignorado. Só depois que Bateson o traduziu para o inglês é que começou a chamar a atenção. Bateson foi o primeiro a chamar a disciplina de “genética” e passou a lecionar a matéria. Seus experimentos forneceram evidências básicas para a compreensão moderna da hereditariedade. Embora Bateson fosse um seguidor devoto da genética mendeliana, ele divulgou algumas de suas próprias descobertas, como a dos genes vinculados. Ele publicou com Reginald Punnett os resultados de uma série de experimentos de reprodução que não apenas estendeu os princípios de Mendel aos animais (aves), mas mostrou também que certas características eram herdadas de forma consistente, indo aparentemente contra as descobertas de Mendel. Esse fenômeno, que passou a ser denominado ligação, foi mais tarde entendido como o resultado da ocorrência de genes localizados nas proximidades do mesmo cromossomo. Bateson é responsável por cunhar os termos “zigoto”, “heterozigoto”, “homozigoto” e “alelomorfo” (mais tarde abreviado para alelo). Ele tinha uma personalidade combativa e enérgica, bem adequada ao seu papel autoproclamado de advogado de Mendel. No entanto, relutava em acreditar na teoria cromossômica da herança, e só foi aceitar publicamente a ideia após uma visita ao laboratório de moscas-das frutas de Thomas Hunt Morgan, em 1922.

Frederick Griffith (1877-1941)

Em 1928, enquanto tentava encontrar a cura da pneumonia, o bacteriologista britânico Frederick Griffith conduziu uma série de experimentos usando a bactéria Streptococcus pneumoniae e ratos. Em seus experimentos, Griffith usou duas cepas relacionadas de bactéria, conhecidas como R (avirulenta, ou seja, incapaz de causar doenças) e S (virulenta, ou seja, capaz de causar doenças). Como parte de seus experimentos, Griffith injetou ratos com bactérias S mortas por calor (isso é, bactérias que haviam sido aquecidas a altas temperaturas, causando a morte das células). Sem surpresas, a bactéria S morta pelo calor não causou doença nos ratos. Os experimentos tiveram um resultado inesperado, contudo, quando bactérias R inofensivas foram combinadas com bactérias S mortas por calor e injetadas em um rato. Não só o rato contraiu pneumonia e morreu, como também quando Griffith retirou uma amostra de sangue do rato morto, ele encontrou bactérias S vivas. Griffith concluiu que as bactérias da cepa R teriam adquirido o que ele chamou de “princípio transformante” da bactéria S morta por calor, permitindo que elas se “transformassem” em bactérias S, tornando-se virulentas. Seu experimento mostrou que as bactérias podem mudar sua função e sua forma através do princípio da transformação, posteriormente conhecido como DNA. Tal feito, ajudou aos pesquisadores e cientistas a descobrirem como criar antibióticos mais eficientes frente a infecções bacterianas e bactérias resistentes e também influenciou o desenvolvimento da engenharia genética.

Ronald Fisher (1890-1962)

Ronald Fisher foi um estatístico, biólogo evolutivo e geneticista inglês, considerado a figura mais importante na estatística do século XX. Na biologia, além de ter sido um dos principais fundadores da genética de populações, seu trabalho usou matemática para combinar a genética mendeliana e a seleção natural, o que contribuiu para o renascimento do darwinismo no início do século XX e para a Síntese Moderna da Evolução. Fisher trabalhou com ajustes de curvas de frequência, com coeficientes de correlação (os chamados coeficientes de Fisher) na análise de variâncias e nas técnicas de estimação de um parâmetro. Ele utilizou os resultados que obteve na estatística como ferramentas para aplicação nos seus estudos de genética, sendo hoje considerado um dos maiores nomes na Teoria da Estatística e na estatística aplicada à biologia. Fisher inventou técnicas revolucionárias para a aplicação da estatística nas ciências naturais  e descobriu métodos para otimizar a avaliação de resultados empíricos. Entre suas descobertas mais importantes, está a técnica de análise de variância (ANOVA), que demonstra como um número restrito de experimentos pode ser suficiente para determinar leis genéricas considerando várias variáveis ao mesmo tempo; a teoria do valor extremo, que mostra como prever a forma mais severa possível de um acidente ou catástrofe baseada em ocorrências passadas; e o valor-P, que serve como uma rigorosa medida numérica de confiabilidade de uma amostra de dados como fonte de previsão científica. Anders Hald chamou Fisher de “um gênio que quase sozinho criou as bases para a ciência estatística moderna”, enquanto Richard Dawkins o chamou de “o maior dos sucessores de Darwin”.

Theodosius Dobzhansky (1900-1975)

Até a década de 1930, a maioria dos biólogos assumia que todos os membros de uma espécie qualquer tinham genes praticamente idênticos. Theodosius Dobzhansky mudou essa noção. Ele começou analisando os genes de moscas-das-frutas selvagens, e descobriu que cada população de mosca-das-frutas que ele estudou tinha marcas distintas em seus cromossomos que as distinguia das outras populações. Se não havia nenhum conjunto de genes padrão que distinguia espécies, o que mantinha as espécies diferentes umas das outras? A resposta era o sexo. Uma espécie é simplesmente um grupo de animais ou plantas que reproduzem, primariamente, entre eles mesmos. Dois animais de espécies diferentes são improváveis de acasalarem e mesmo que o fizessem, eles raramente produzirão híbridos viáveis. Dobzhansky realizou experimentos em moscas-das-frutas que demonstraram que essa incompatibilidade é causada por genes específicos portados por uma espécie que contrastam com os genes de outra espécie. Todos esses resultados foram publicados em Genética e a Origem das Espécies, o primeiro livro a correlacionar o campo da genética com a obra de Darwin. Sua obra se tornou a maior influência para o estabelecimento da Síntese Moderna da Teoria da Evolução. A habilidade de Dobzhansky de combinar genética com história natural atraiu muitos outros biólogos para unirem-se a ele no esforço para encontrar uma explicação unificada de como a evolução acontece. Seus trabalhos conjuntos e mais de 400 artigos publicados, reuniram genética, paleontologia, sistemática e muitas outras ciências em uma poderosa explicação da evolução, mostrando como mutações e seleção natural podem produzir mudanças evolutivas de larga escala.

Barbara McClintock (1902-1992)

Em 1942, trabalhando sozinha no laboratório Cold Spring Harbor, a geneticista Barbara McClintock decidiu estudar a genética do milho. Ela apresentava um interesse especial pelo mecanismo genético responsável pelo desenho singular dos grãos coloridos. Enquanto os estudava, McClintock começou a notar uma correlação entre a cor de um grão e a quebra que ocorria em um de seus cromossomos. As cores dos grãos correspondiam ao local onde se dava a quebra do cromossomo. Uma quebra no cromossomo ocorria quando um gene randomicamente saltava ou era transposto de um cromossomo para outro. Quando isso acontecia, se interrompia a atividade dos outros genes responsáveis pela produção do pigmento do grão. Naquela época, todo mundo pensava que os cromossomos e os genes eram coisas muito estáveis, que apenas eram transmitidos de geração a geração. McClintock descobriu que certos genes estavam em posições diferentes em ocasiões diferentes, e foi a primeira pessoa a ter a percepção de que os genes estavam saltando de um lugar para outro. Ela havia descoberto os transposons, os “genes saltadores” também chamados de elementos de transposição. A descoberta dos transposons causou muita evolução e revolução. Algumas mutações genéticas causadas por estes elementos estão ligadas ao câncer e outras doenças, mas eles também podem ser um mecanismo que leva os genes a se modificarem em resposta a mudanças no meio ambiente, estimulando a evolução das espécies. Hoje sabemos que existem transposons nos genes de todos os seres vivos, desde as algas até os seres humanos.

George Beadle (1903-1989)

Edward Tatum (1909-1975)

Um dos geneticistas que estudou a mosca-das-frutas, juntamente com Thomas Hunt Morgan, foi George Beadle. Trabalhando em Paris em 1935, Beadle encontrou evidências de que a característica herdada da cor dos olhos da drosophila melanogaster poderia ser o resultado de reações químicas de origem genética. Beadle continuou pesquisando na Universidade de Stanford com seu colega Edward Tatum. Para seus experimentos, Beadle e Tatum selecionaram outro organismo simples: neurospora crassa, o bolor de pão. Como sabiam que raios X causam danos aos cromossomos, Beadle e Tatum irradiaram o bolor causando mutações nos genes de seus esporos. Estes genes mutantes eram incapazes de produzir os nutrientes necessários para o crescimento do bolor. Mas quando eles acrescentavam nutrientes, alguns dos esporos começavam a germinar. Beadle e Tatum perceberam que os esporos irradiados falhavam em produzir os nutrientes essenciais porque seus genes eram defeituosos. Ou seja: além de responsáveis pela transmissão de traços herdados de uma geração para a outra, os genes também direcionavam a produção de enzimas essenciais para a sobrevivência do bolor. Essa descoberta tão importante de Beadle e Tatum é conhecida como a hipótese “um gene, uma enzima”. A intolerância à lactose é um exemplo de uma condição metabólica humana causada pela ausência de uma enzima. Isso ocorre porque algumas pessoas herdam um gene que falha em produzir lactase e não conseguem digerir o açúcar nos produtos lácteos.

Francis Crick (1916-2004)

Maurice Wilkins (1916-2004)

Rosalind Franklin (1920-1958)

James Watson (1928)

A estrutura do DNA é uma dupla fita que se enrola formando uma estrutura helicoidal. As fitas são formadas por esqueletos de fosfato e açúcar ligados as bases nitrogenadas. Essas bases (A, T, C,G) formam pares, unindo as duas fitas, e formam a sequência do nosso código genético. Essa estrutura, que revolucionou o estudo da Biologia Molecular, foi apresentada à todos por James Watson e Francis Crick. A descoberta de Watson e Crick foi fundamentada em estudos de difração de Raio-X, uma técnica de consiste em bombardear uma estrutura cristalizada com raios-X e registrar o espectro formado pela difração dos raios, devido à colisão com a molécula em estudo. Estes estudos foram a base fundamental da descoberta publicada, porém eles não foram feitos por Watson e Crick, e sim pela química Rosalind Franklin. Na década de 1950, trabalhando no laboratório de Maurice Wilkins, Franklin e um de seus estudantes cristalizaram um punhado de DNA, aplicaram a técnica e conseguiram a “Foto 51”, o primeiro vislumbre da estrutura dupla-hélice. A imagem e o relatório com as descobertas de Franklin foram mostrados por Wilkins (sem autorização) a Watson e Crick. Eles mataram a charada na hora. Não apenas receberam todo o crédito pela observação, como Watson usou sua amizade para convencer Rosalind de que ela deveria publicar suas descobertas depois que publicassem as deles, o que fez com que seu trabalho parecesse mais uma confirmação do que uma descoberta. Em 1962, o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina foi dado a James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins. Franklin morreu de câncer nos ovários em 1958, aos 37 anos, e não pôde receber o Nobel por sua descoberta histórica, sendo muitas vezes injustamente esquecida.

Frederick Sanger (1918-2013)

Frederick Sanger foi responsável por dois dos mais importantes avanços técnicos na área de genética. Primeiro, no início da década de 50, ele desenvolveu um método para determinar a sequência de aminoácidos de um polipeptídio e o fez funcionar no sequenciamento de aminoácidos da insulina. Este trabalho, finalizado em 1955, forneceu a primeira prova de que os aminoácidos em uma proteína estão presentes em uma sequência constante e geneticamente determinada. Em 1977, Sanger desenvolveu o método da cadeia de rescisão de sequenciamento do DNA, também conhecido como “método dideoxi’’ ou “método Sanger’’. O novo método foi usado por Sanger e colegas para sequenciar DNA mitocondrial humano (16.569 pares de bases) e bacteriófago λ (48.502 pares de bases). O método dideoxi acabou sendo usado para sequenciar todo o genoma humano no Projeto Genoma Humano e ainda é o método de sequenciamento de DNA mais usado até hoje. Nesse procedimento, uma molécula de DNA cuja sequência deve ser determinada é convertida em fitas simples que são utilizadas como molde para sintetizar uma série de fitas complementares. Cada uma dessas fitas termina aleatoriamente em um nucleotídeo específico diferente. A série resultante de fragmentos de DNA é separada por eletroforese e analisada para revelar a sequência do DNA. Por essas descobertas, Sanger ganhou duas vezes o Prêmio Nobel de Química (1958 e 1980), se tornando a a única pessoa a ganhar dois prêmios na área e uma das quatro pessoas a ganhar o Nobel duas vezes.

John Sulston (1942-2018)

Craig Venter (1946)

Francis Collins (1950)

O genoma é o acervo genético da espécie humana, o livro da informação hereditária, que configura as características fundamentais anatômicas e fisiológicas e no qual também estão codificadas algumas doenças graves. Hoje, sabemos que o genoma humano contém cerca de 3 bilhões de nucleotídeos e é formado por aproximadamente 25 mil genes que codificam proteínas. O biólogo John Sulston, o bioquímico Craig Venter e o geneticista Francis Collins, foram alguns dos principais responsáveis pelo Projeto Genoma Humano, o maior esforço internacional da história da comunidade científica. Durante anos, muitos consideraram o Projeto Genoma Humano o equivalente da biologia à “viagem à Lua”. O projeto foi um sucesso estrondoso, entregando o primeiro rascunho da sequência do genoma humano em 2000 e a versão final de alta qualidade em 2003. Ele transformou a biologia por meio de sua abordagem científica integrada para decifrar uma sequência de referência do genoma humano junto com as sequências completas de organismos-modelo-chave. As sequências do genoma de micróbios, plantas e animais revolucionaram muitos campos da ciência, incluindo microbiologia, virologia, doenças infecciosas e biologia vegetal. Além disso, um conhecimento mais profundo da variação da sequência humana mudou a prática da medicina, com o surgimento de diagnósticos e tratamentos para mais de 400 doenças. O projeto também inspirou iniciativas subsequentes de aquisição de dados em grande escala, como o Projeto 1000 Genomas e o Atlas do Genoma do Câncer, bem como o recentemente anunciado Projeto Cérebro Humano e o emergente Projeto Proteoma Humano.

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*Edmund Wilson, Nettie Stevens e Thomas Hunt Morgan compartilham a mesma posição e biografia na lista por dividirem historicamente o crédito pela descoberta dos cromossomos sexuais.

**George Beadle e Edward Tatum compartilham a mesma posição e biografia na lista por dividirem historicamente o crédito pela descoberta da hipótese “um gene, uma enzima”.

***Francis Crick, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin e James Watson compartilham a mesma posição e biografia na lista por dividirem historicamente o crédito pela descoberta da estrutura em dupla hélice do DNA.

****John Sulston, Craig Venter e Francis Collins compartilham a mesma posição e biografia na lista por dividirem historicamente o crédito por serem os principais líderes do Projeto Genoma Humano, responsável pelo mapeamento do genoma humano e pela identificação de todos os nucleotídeos que o compõem.