Publicado na EurekAlert!
Cada ser humano tem uma “impressão digital” no DNA. Em outras palavras, o material genético de dois indivíduos pode ser claramente distinguido. Biólogos computacionais na Technical University of Munich (TUC) descobriram que o impacto dessas variações foram muito subestimados. Os novos achados podem impactar de maneira significativa os avanços da medicina personalizada.
Proteínas são a maquinaria da vida. Sem elas, nenhuma célula pode funcionar. Cerca de 20.000 proteínas são responsáveis pelo metabolismo, crescimento e regeneração do corpo humano. Os componentes das proteínas são os aminoácidos. Estes são agregados e montados na célula de acordo com instruções definidas contidas no DNA, como tijolos sendo dispostos de acordo com uma planta de um arquiteto.
Um estudo extensivo no qual amostras sanguíneas de 600 mil pessoas foram examinadas mostrou que variações surpreendentemente largas existem entre proteínas de indivíduos saudáveis: Entre dois indivíduos não-relacionados, uma média de 20.000 aminoácidos possuem diferenças conhecidas como S.A.V (Do inglês “Single Aminoacid Variant”, “Variação de um Único Aminoácido”). O MacArthur Lab, nos EUA, já agregou 10 milhões dessas SAVs.
“Até agora, muitos especialistas acreditavam que a maioria dessas variações não possuíam um impacto substancial sobre a função proteica” disse o Prof. Burkhard Rost, diretor de Bioinformática e Biologia Computacional da TUM. Essa assumpção é difícil de provar: Estudos experimentais não podem ser realizados em um número tão enorme de SAVs. De fato, dados experimentais relevantes estão disponíveis para menos de 0,0% dos SAVs.
Portanto, os pesquisadores da TUM desenvolveram um método que permitia a predição dos efeitos dos SAVs através de simulações computacionais. Usando dados obtidos em experimentos laboratoriais, um programa prediz o provável efeito de 99.9% dos SAVs sobre os quais nada se sabe. “Além de métodos estatísticos, nós utilizamos inteligência artificial e em particular aprendizado computacional e redes neurais. Isso nos permite criar modelos” explica Yannick Mahlich, autor principal do estudo.
Os pesquisadores ficaram surpresos com seus próprios resultados: Para milhões de SAVs nas proteínas de pessoas saudáveis, fortes efeitos foram preditos. Variações sequenciais observados em mais de 5% da população podem ter um maior impacto na função celular do que variações mais raras, observadas em um menor número de pessoas.
Os biólogos computacionais não podem determinar a natureza exata desses efeitos, entretanto. As variações podem, por exemplo, afetar nossa habilidade de detectar cheiros ou pode resultar em diferenças no metabolismo: Podem levar à doenças, ou aumentar a imunidade contra patógenos. Elas podem também afetar a resposta individual a influências ambientais ou à medicamentos. “Nenhum desses efeitos podem ser detectados na vida diária” disse o Prof. Rost. “Mas dentro de certas condições alguns deles podem ser significativos como, por exemplo, quando recebemos um medicamento ou expostos à alguma influência pela primeira vez”.
Nessa visão, os efeitos das variações proteicas não podem ser simplesmente categorizadas em positivas ou negativas. “A comparação entre os efeitos das variações entre indivíduos bem como entre humanos e espécies relacionadas sugere que cada espécie tenta muitas variações.” Essas podem até ser prejudiciais para indivíduos sobre as condições atuais. Mas, se as condições ambientais mudarem, é possível que essas mesmas variações possam ajudar a espécie a sobreviver.
“Pesquisas sobre o efeito de variações de estrutura e função proteica estão apenas começando” disse o Prof. Rost. Porém, ele acredita que os novos achados irão pavimentar o caminho rumo aos avanços da medicina personalizada: “As capacidades já existem para usar o DNA para descobrir as funções de proteínas individuais. No futuro poderemos usar essas informações para também determinar os melhores medicamentos ou comida para cada indivíduo”.
