Entenda a importância do acesso livre ao código genético

O código genético é um conjunto de dados formados pelas bases nitrogenadas presentes no DNA, e que formam o genoma. Todo o material genético (genoma) ou partes dele contém informações genéticas que podem ser passadas aos descendentes de um organismo. É a partir das informações genéticas que um ser vivo se desenvolve. 

Nesse sentido, não podemos falar sobre genética sem mencionar o DNA, afinal toda a biodiversidade é resultado do que está escrito nessa molécula. Também conhecido como a molécula da vida, o DNA, está presente em todos os seres vivos.

O DNA é a molécula que guarda todas as características

Todo ser vivo possui características genéticas que podem ser transmitidas para os seus descendentes. Essas características estão guardadas no núcleo de cada célula, em uma molécula conhecida como DNA. 

A molécula de DNA é como se fosse um livro de culinária. Ali estão todas as receitas para construção das proteínas que formam os organismos vivos. Para isso, o DNA é escrito em um código genético, capaz de compactar toda informação necessária para construir e manter um organismo. 

Esse código é escrito utilizando apenas quatro bases químicas – adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Da mesma forma que as letras do alfabeto se unem para formar palavras, frases e parágrafos, as bases se unem para formar as receitas do livro, que são os genes, para a produção de proteínas (que podemos considerar aqui como o resultado da receita). 

No entanto, para a produção dessas proteínas é necessário que o DNA seja “reescrito” em forma de uma nova molécula: o ácido ribonucleico (RNA). O RNA vai ser “traduzido” e dar origem às proteínas.

Código genético é a fonte da biodiversidade

É no DNA que podemos encontrar informações sobre os indivíduos de cada espécie, como eles se organizam nas populações e como essas populações se comportam no decorrer do tempo. 

Para ter acesso a essa fonte de informações genéticas, os pesquisadores têm desenvolvido, desde a década de 1970, ferramentas capazes de decifrar o código genético do DNA, prática que ficou conhecida como sequenciamento. Assim, é possível identificar, compreender e utilizar todas essas informações contidas no genoma de um organismo. 

Atualmente o sequenciamento pode ser utilizado para caracterizar fragmentos específicos de DNA (um ou mais genes) ou até mesmo de genomas inteiros.

Quando se diz que um genoma (conjunto completo de genes e demais porções do DNA) foi sequenciado, significa que foi determinada toda a sequência do DNA daquele organismo, ou seja, a ordem das bases químicas (A-T-C-G).

A diversidade genética

Por meio do sequenciamento é possível obter informações sobre a linha de evolução de um organismo, ou seja, saber quais indivíduos ou espécies possuem o genoma mais parecido. Foi isso que ajudou a descobrir que nosso DNA é 98,5% igual ao dos chimpanzés.

Nos vegetais essa premissa é a mesma. Também é possível identificar os pais de uma determinada planta, de onde ela veio e como está a sua base genética. Assim conhecemos a diversidade genética dos organismos vivos.

Conhecer a diversidade genética é fundamental para o sucesso do cultivo, e ter acesso a essas informações serve de base para os melhoristas de plantas selecionarem variedades com desempenho e alto rendimento. 

Dessa forma, o sequenciamento também é utilizado para caracterizar bancos de germoplasmas e assim identificar genes que fundamentam características agronômicas importantes ou para estimar os valores genéticos de indivíduos no melhoramento de plantas, acelerando a seleção das variedades.

Com isso, é possível recuperar características agronômicas que foram perdidas durante o melhoramento genético, numa época em que ainda não sabíamos a importância da diversidade genética.

Uma busca por genes

Hoje, com a disponibilidade de muitos genomas sequenciados, somos capazes de identificar e caracterizar as regiões do genoma que mais precisam de “rejuvenescimento” e maior diversidade. Assim, é possível ampliar a base de genes que podem estar se perdendo.

Durante o melhoramento das plantas, os pesquisadores selecionam aquelas que apresentam as características desejadas para o seu objetivo de pesquisa. Essa seleção faz com que a gama de genes não desejáveis, para aquele momento, seja reduzida. Levando à diminuição da variabilidade genética das espécies.

Nesse sentido, o sequenciamento dos genomas das plantas (ancestrais, selvagens e não melhoradas) ajuda os pesquisadores na busca de genes e outras informações genéticas que possam ser incluídas nas plantas cultivadas. Com essa ferramenta é possível identificar as diferenças entre os vegetais e também armazenar essas informações nos bancos genéticos.

Visto que, para as plantas cultivadas, os desafios agora e nas próximas décadas serão atender às múltiplas demandas de sustentabilidade: segurança alimentar e nutrição aprimorada, conservação da biodiversidade e solos saudáveis.

No entanto, o sequenciamento de genomas deve ser acompanhado de outras abordagens, incluindo métodos tradicionais de melhoramento, transformação genética, edição do genoma e outras abordagens biotecnológicas para melhorar a sustentabilidade agrícola.

Importância do sequenciamento dos genomas: decifrando o código genético 

Parece muito abstrato quando falamos em sequenciamento de genomas, e por qual motivo descobrir a ordem que as letras do DNA estão organizadas. Mas essa tecnologia traz de forma muito prática a solução de problemas encontrados no cultivo agrícola.

Como é o caso da noz, planta de grande valor econômico para os Estados Unidos. A indústria da fruta na Califórnia envolve 4800 produtores e movimenta 1,6 bilhão de dólares por ano. E tudo isso pode estar em risco porque as mudanças climáticas devem transformar drasticamente as condições de cultivo no estado. 

O sequenciamento do genoma da noz revelou que a nogueira-comum, que chamamos popularmente de noz-inglesa, não é inglesa. Comparando informações da noz sequenciada com a sua “prima” selvagem foi possível identificar semelhanças entre os genomas. Com isso, a teoria mais aceita até agora diz que ela é de origem asiática, mais especificamente da Pérsia (atual Irã). De qualquer maneira, uma coisa é certa, ela não é inglesa.

Mas não foi só nisso que o sequenciamento do genoma da noz auxiliou. Ao identificar os parentes mais próximos dessa planta também é possível recuperar genes que possam ser utilizados em variedades mais adaptadas a novas condições climáticas, por exemplo.

Outra planta que teve seu código genético decifrado em 2019 foi o morango. Com isso será possível identificar os genes responsáveis por determinadas características, como tolerância a pragas e doenças, e usar as ferramentas do melhoramento genético e da biotecnologia para desenvolver um morango resistente.

O sequenciamento do genoma do morango também irá ajudar os pesquisadores brasileiros a superarem os desafios impostos pelas características exclusivas do país. Isso contribuirá para o desenvolvimento de cultivares para diferentes sistemas de produção, como o orgânico e o hidropônico. Frutas mais doces, nutritivas e que durem mais estarão na mira dos cientistas.

Além desses exemplos, já são mais de 650 espécies de plantas que tiveram seu genoma sequenciado. Entre esses vegetais estão o mamão, a soja, o tomate, o pimentão e até a cana-de-açúcar. Agora, imaginem só como tantas informações valiosas precisam ser organizadas e guardadas. É por isso que existem os bancos genéticos.

Bancos genéticos guardam informações para a vida

As pessoas economizam dinheiro nos bancos para casos de emergência. Nesse sentido, os bancos genéticos possuem uma finalidade semelhante para agricultores e cientistas que trabalham para conservar a diversidade de plantas e animais.

Quando tratamos de um organismo (ou micro), temos um local físico para guardar esse material, e impedir que a biodiversidade se perca no decorrer do tempo. Esse local é o banco de germoplasma, que guardam os materiais genéticos das mais diferentes espécies de plantas. Existem bancos de germoplasma no mundo todo, e são nesses cofres que a diversidade genética fica protegida.

Já os dados de sequenciamentos genéticos têm sido historicamente disponibilizados para cientistas em todo o mundo, de forma livre e gratuita, por meio de vários bancos de dados disponíveis publicamente on-line. 

É possível acessar esses dados de qualquer lugar do mundo, fazer comparações entre sequências e até mesmo baixar genomas completos em seu computador. Um dos bancos genéticos mais famosos é o GenBank do Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia (NCBI), localizado nos Estados Unidos. 

Centenas de sequências são depositadas diariamente em bancos de dados gratuitos e esse número continua crescendo, à medida que o sequenciamento se torna menos caro, mais rápido e preciso. O valor dos dados de sequência genética é muitas vezes incalculável, devido ao avanço diário da tecnologia e os resultados que podem ser alcançados.

Embora os EUA, China e Índia sejam os usuários mais frequentes, quase todos os países do mundo acessaram dados dos bancos genéticos. Todos esses acessos somam mais de 100.000 usuários globais anualmente.

Esse compartilhamento de dados genéticos e a sua manutenção é favorável e trazem benefícios para toda a sociedade. Atuam contribuindo para o desenvolvimento de produtos inovadores, melhorando a segurança alimentar e a saúde humana. Os ganhos deste investimento são observados no valor criado, incluindo descoberta, inovação e resolução dos desafios agrícolas de produtividade e sustentabilidade.

Onde estão esses bancos e como são organizados?

Os maiores bancos de dados genéticos atualmente são o GenBank (Estados Unidos), o DNA Data Bank (Japão) e o European Nucleotide Archive (Reino Unido). Todos os dias os dados de DNA e RNA e outras informações genéticas são sincronizados entre esses três bancos, tendo uma interação total entre as organizações.

Nesses bancos, são colocadas informações de todos os organismos sequenciados. Além de informações sobre os genes, suas funções, como estão formadas as proteínas e ainda as diferentes alterações que podem ocorrer em organismos mutantes. Mas não se assuste, organismos mutantes são mais naturais do que você imagina.

Bancos de dados genéticos de plantas

Para as plantas, existem bancos genéticos específicos, mas não deixam de ser de livre acesso. Qualquer pesquisador que tenha estudado novas sequências genéticas ou sequenciado um genoma pode colocar as informações em um desses bancos. Claro, existe toda uma norma e uma equipe que aprovam essas novas sequências. 

Alguns exemplos de bancos de dados genéticos focados em plantações incluem Phytozome, o Projeto de Anotação do Genoma do Arroz, GrainGenes, MaizeGDB, SoyBase, Sistema de Informação de Legumes (LIS) e EnsemblPlants. O Departamento de Agricultura dos Estados Unidos é onde estão localizados – digitalmente – os bancos GrainGenes, MaizeGDB, SoyBase e Sistema de Informação de Legumes (LIS).

Toda essa tecnologia gera grande capacidade de alavancar a vasta diversidade genética de variedades cultivadas e estudar seus parentes silvestres, para o benefício da conservação da biodiversidade. No entanto, isso só será possível enquanto esses bancos de dados permanecerem livres de regulamentações que impeçam seu acesso universal.

Dessa forma, o acesso livre e aberto e o intercâmbio de sequências genéticas disponíveis publicamente contribuem para a própria essência de muitos dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (ODS), como uma ferramenta crítica na conservação e uso sustentável de recursos genéticos.

Ter o código genético das plantas em acesso aberto, a longo prazo, não pode ser superestimado e supera em muito qualquer ganho de curto prazo para organizações ou países, por meio da regulamentação ou monetização. O livre acesso e uso de fontes públicas de dados beneficia a todos, de conservacionistas a fazendeiros, de pesquisadores a consumidores e qualquer pessoa preocupada com a biodiversidade do planeta.

Principais fontes

Fels K V e Snowdon R J, Understanding and utilizing crop genome diversity via high-resolution genotyping. Plant Biotechnology Journal, 2016.

Franco J LA, O conceito de biodiversidade e a história da biologia da conservação: da preservação da wilderness à conservação da biodiversidade. História (São Paulo), 2013.

Gaffney J et al. Open access to genetic sequence data maximizes value to scientists, farmers, and Society. Global Food Security, 2020.