O universo dos testes genéticos 

Este artigo aborda os testes genéticos, isto é, aqueles que analisam a constituição de um indivíduo por uma variedade de motivos. Um número crescente desses testes estão se tornando disponíveis como resultado de recentes e rápidos avanços em pesquisas biomédicas. Já foi dito que testes genéticos podem revolucionar a maneira pela qual as doenças são diagnosticadas. Entretanto, eles não ajudam apenas um medico a fazer um diagnóstico. Existem várias razões pelas quais um teste genético é realizado. Entre elas, incluem-se as que seguem abaixo:

1. Testes genéticos clínicos (diagnosticar doença atual ou futura);
2. Farmacogenômica (monitorar a avaliação do tratamento com drogas terapêuticas);
3. Testes de identidade para investigação criminal ou estudos forenses (algumas vezes, referidos como testes de DNA);
4. Testes de parentesco (antes, conhecidos como testes de paternidade);
5. Tipagem tecidual para transplante;
6. Citogenética (análise cromossômica);
7. Testes de doenças infecciosas.

Este artigo vai abordar de forma resumida cada um desses testes, mas vai se concentrar nos aspectos médicos dos testes genéticos. Antes de iniciar qualquer discussão sobre testes genéticos é útil entender primeiro suas bases.

A informação genética total de um indivíduo é chamada de genoma. Ele consiste de estruturas, cromossomos, que são compostas de fitas duplas de DNA, muito longas. Cada célula humana contém 23 pares de cromossomos. Metade de cada um dos pares é herdada da mãe e a outra metade do pai. Vinte e dois dos 23 pares de cromossomos são chamados autossômicos, o outro par é composto dos cromossomos sexuais X e Y, que determinam o sexo de um individuo. Homens normais possuem um cromossomo X e um Y, enquanto mulheres normais possuem dois cromossomos X.

Os cromossomos estão localizados no núcleo da célula. A longa fita dupla de DNA (algumas vezes chamada “DNA nuclear”) contida em cada cromossomo é organizada em várias subunidades de informação genética. Cada subunidade é conhecida como gene. Estes são formados por nucleotídeos, que são compostos de fosfatos, um açúcar e uma base contendo nitrogênio. Existem quatro bases no DNA: adenina, guanina, tiamina e citosina. É a diferença no arranjo dessas bases em cada fita de DNA que leva à individualidade da constituição de cada indivíduo. O arranjo das bases em cada gene é usado para produzir RNA, o qual por sua vez produz proteína. Existem perto de 30.000 a 50.000 genes no genoma humano e a expressão desses genes leva à produção de um grande numero de proteínas que constituem o nosso organismo.

Existe, também, uma pequena porção de DNA que não está no núcleo da célula, mas nas mitocôndrias, localizadas no citoplasma de cada célula. Mitocôndrias são estruturas celulares muito importantes, envolvidas no funcionamento básico das células e que contém o seu próprio pedaço de DNA circular. Este DNA é chamado “extra-nuclear” ou, simplesmente, DNA mitocondrial. Ele faz parte das proteínas que são necessárias para a mitocôndria funcionar adequadamente.

O genótipo de uma pessoa é a sua identidade genética, a combinação específica de genes que ela possui em suas células. Isto não se manifesta em termos de aparência externa. Traços observáveis ou características, como a cor do cabelo ou altura são considerados o fenótipo de um indivíduo. Fenótipo é a expressão física do genótipo. Os fenótipos são diferentes porque os genótipos são diferentes. Embora os genótipos sejam parecidos de muitas maneiras, pequenas diferenças nos tornam seres únicos tanto na aparência como na constituição genética. Essas diferenças são chamadas polimorfismos.

Polimorfismos genéticos, tanto no DNA nuclear quanto no mitocondrial, ajudam a nos identificar como indivíduos. Algumas vezes, mas não sempre, essas diferenças em nossos genótipos são relacionadas a doenças ou inabilidade em metabolizar ou quebrar algumas drogas de maneira normal. Esses tipos de polimorfismos são chamados de variações genéticas ou mutações, e são herdados ou podem ocorrer espontaneamente. Algumas dessas variações surgem com o tempo como uma tentativa do organismo de nos proteger contra doenças. As variações serão discutidas no tópico “Doenças e condições” que possuem um componente genético, como fibrose cística. Algumas vezes, apenas um nucleotídeo em um gene é diferente, o que é referido como um “polimorfismo de nucleotídeo único”. Isto será explicado em mais detalhes na seção sobre Testes genéticos clínicos.  É importante lembrar que nem todas as variações genéticas, ou mutações, são ruins ou levam à doença. 

Padrões de herança
Existem várias maneiras pelas quais os polimorfismos de um indivíduo são herdados. Elas são chamadas de “padrões de herança” e resultam na transmissão de polimorfismos ou mutações de uma geração para a outra.

Um padrão é conhecido como autossômico dominante quando a transmissão de uma cópia única de um gene de um dos cromossomos autossômicos é suficiente para causar o aparecimento de um traço (como a cor dos olhos ou doença específica). O gene pode ser herdado tanto do pai como da mãe. Indivíduos com um traço ou uma doença dominante têm 50% de chances de passar o gene polimórfico a seus filhos. Exemplos de traços dominantes são os olhos castanhos e a habilidade de enrolar a língua. Exemplos de doenças dominantes incluem a hipercolesterolemia familiar e a doença de Huntington.

Um conceito não muito comum de genes dominantes é conhecido como codominância, no qual os genes em ambos os cromossomos são expressos simultaneamente. Um exemplo é o tipo sanguíneo AB, no qual as proteínas do antígeno A e do antígeno B estão ambas localizadas nas células vermelhas do individuo.

Um segundo padrão de herança é chamado autossômico recessivo, e requer herança de duas cópias de variantes genéticas do mesmo gene, uma herdada da mãe e outra do pai, para o aparecimento do traço ou para desenvolver a doença. Se o indivíduo herda apenas uma das variantes genéticas, não desenvolverá a doença mas se tornará um portador, como seus pais, e poderá passar a variante para os filhos. Um exemplo de traço recessivo autossômico é a cor azul dos olhos. Exemplos de doenças recessivas autossômicas incluem fibrose cística, anemia falciforme e hematocromatose.

Também existem padrões de herança nos quais a variante genética reside nos cromossomos sexuais, X e Y. São conhecidos como padrões ligados ao sexo. Com as doenças ligadas ao X, uma mulher é portadora de um gene anormal em um dos seus dois cromossomos X, mas como possui uma cópia normal, ela não é afetada. Entretanto, como os homens possuem apenas uma cópia do cromossomo X, basta uma cópia do gene recessivo em seu cromossomo X (herdado de sua mãe) para causar a doença. Exemplos incluem a distrofia muscular de Duchenne e a hemofilia. Se uma doença dominante é ligada ao X, apenas uma cópia do gene anormal irá fazer com que a doença se desenvolva de tal forma que uma mulher com apenas uma cópia seja afetada, mas a condição geralmente é letal para os homens. Este é um padrão de herança muito raro. 

É interessante notar que o DNA mitocondrial (ou DNA extra nuclear) é herdado apenas de nossas mães. Diz-se que isso é um modo materno de herança.

Existem muitos fatores que podem obscurecer ou complicar os padrões de herança e que, por sua vez, afetam a maneira como o gene é herdado ou expresso. 

Testagem genética clínica

Teste genético clínico refere-se à analise laboratorial do DNA ou do RNA para ajudar no diagnóstico da doença. É muito importante entender que os testes genéticos clínicos são bem diferentes de outros testes laboratoriais. Os testes genéticos são únicos no fato de que podem fornecer um diagnostico definitivo bem como prever a chance de se desenvolver uma doença em particular, antes mesmo que os sintomas apareçam. Com eles se consegue-se saber se um indivíduo é portador de um gene específico que pode ser passado para os seus filhos; se um tratamento irá funcionar, antes mesmo de o paciente ter iniciado a terapia. Essas são vantagens definitivas. Entretanto, existem também algumas qualidades dos testes genéticos que devem ser cuidadosamente pensadas e, talvez, discutidas com um profissional de aconselhamento genético, antes de ser submeter a qualquer teste. Esses aspectos estão revistos na seção intitulada Prós e contras dos testes genéticos. Em uma era de responsabilidade dos pacientes, é muito importante que você aprenda sobre essas questões para poder saber decidir o valor bem como as inconveniências dos testes genéticos. 

Testes de material genético

Os testes de material genéticos são realizados em uma variedade de amostras biológicas, incluindo sangue, saliva, fezes, tecidos corpóreos, ossos ou cabelos. As células nessas amostras são isoladas e seu DNA é extraído e examinado para possíveis mutações ou alterações. A observação de pequenas porções do DNA dentro de um gene requer testes laboratoriais especializados e específicos. Isto é feito para apontar a localização exata dos erros genéticos. Esta seção irá abordar o exame dos genes de uma pessoa para encontrar aquele(s) responsável(is) por uma doença em particular.

Existem quatro razões básicas para se testar o material genético por motivos clínicos. A testagem pré-sintomática identifica a presença de genes variantes que causam doença mesmo se a anormalidade física associada com a doença ainda não está presente. O diagnóstico é realizado em um indivíduo sintomático com sintomas suficientemente sugestivos da doença genética. Isto auxilia o médico a fazer um diagnóstico claro. 

O teste do material genético pode ser feito como uma ferramenta de rastreio pré-natal, para investigar se duas pessoas que querem se tornar pais saberem se possuem um gene autossômico ou recessivo ligado ao X, que, quando combinados em uma criança, irá produzir nela uma doença séria. Esse tipo de teste genético é chamado de rastreio de portador. Fetos se desenvolvendo no útero materno também podem ter seu material genético testado para investigar o seu status de saúde, caso acredite-se que esteja em risco.  

É necessário algum tipo de material celular para a testagem do DNA por razões médicas. Esse material pode vir do sangue, urina, saliva, tecidos corpóreos, medula óssea, cabelos etc. A amostra pode ser colocada em um tubo, em um swab em um frasco ou congelada. Se o teste requerer RNA, o mesmo material pode ser usado. Uma vez recebido no laboratório, as células são removidas da substância de onde se encontram e quebradas, e o seu DNA no núcleo é isolado e extraído.

Os profissionais que fazem e interpretam esses testes são médicos e cientistas especialmente treinados. O DNA extraído é manipulado de diferentes maneiras, para o patologista molecular ou técnico geneticista ver o que pode estar faltando ou mutado de maneira a causar doença. Um tipo de manipulação é o corte do DNA em pequenos pedaços usando enzimas especiais. Esses pedaços são muito mais fáceis de se testar do que as longas fitas do DNA íntegro e eles contêm os genes de interesse. Outra manipulação é aplicar os pedaços do DNA extraído em um gel de agarose, submetendo-o a um campo elétrico e ver como o DNA se move no gel. Isto pode indicar diferenças de tamanho dos pedaços cortados do DNA, os quais podem ser causados por mutações. 

Outro tipo de manipulação inclui a amplificação, sequenciamento ou um procedimento especial, chamado hibridização. Quando o resultado desses testes são examinados e comparados com os resultados de indivíduos normais, é possível ver as diferenças nos genes que podem causar doenças.

Doenças genéticas específicas
Existem várias doenças que hoje se acredita serem causadas por alterações no DNA. Estas podem ser herdadas ou ocorrer espontaneamente. Algumas doenças que têm um componente genético a elas incluem:

Muitas coisas podem acontecer de errado com os genes que fazem o DNA, resultando nessas e em outras doenças. A seção abaixo apresenta o que pode acontecer ao DNA e, especificamente, aos genes que levam à doença.

Variação genética e mutação
Toda variação genética ou polimorfismos originam-se do processo de mutação. Variações genéticas às vezes ocorrem durante o processo de divisão das células somáticas (mitose). Outras podem acontecer durante a meiose, o ciclo de divisão que acontece nas células espermáticas ou óvulos. Algumas variações são passadas de geração em geração, adicionando mais e mais mudanças ao longo dos anos. Algumas vezes, estas mutações levam a doenças, outras vezes não há nenhum efeito perceptível. As variações genéticas podem ser classificadas em diferentes categorias: variações genéticas estáveis, instáveis, silenciosas e outros tipos.

Variações estáveis são causadas por mudanças em um único nucleotídeo e são chamadas polimorfismos de nucleotídeo único ou SNP (pronuncia-se "snip”). Incluem:

1. Substituições, onde um nucleotídeo é trocado por outro; 
2. Deleções, onde um único nucleotídeo é perdido; 
3. Inserções, onde um ou mais nucleotídeos são inseridos em um gene. 

Se o SNP causa a produção de um novo aminoácido, este é chamado uma mutação com “troca de sentido” (missense mutation). Um exemplo é a anemia falciforme, onde um nucleotídeo é substituído por outro. A variação genética no gene leva à adição de um aminoácido diferente à proteína, resultando em uma proteína que não executa adequadamente o seu serviço, produz uma célula em forma de foice e que não carrega o oxigênio.

Variações genéticas instáveis ocorrem quando uma sequência de nucleotídeos é repetida várias e várias vezes. Isto é chamado de “repetição” e, em geral, é normal. Entretanto, se o numero de repetições aumentar muito, diz-se que há “repetição expandida”. Descobriu-se que é a causa de muitas doenças genéticas. Um exemplo resultante de uma repetição expandida é a doença de Huntington, grave, que ocorre em parte do cérebro e se caracteriza por demência, hidrocefalia e movimentos não usuais.

Variações genéticas silenciosas são aquelas mutações ou mudanças em um gene que não alteram a proteína produzida pelo gene. Rararamente resultam em doenças.

Outros tipos de variações ocorrem quando um gene completo é duplicado em algum local do genoma do indivíduo. Quando isso acontece, estão presentes cópias adicionais do gene e são formados produtos proteicos adicionais. É o caso da doença de Charcot-Marie-Tooth Tipo 1, que afeta os nervos periféricos. Algumas variações ocorrem em partes especiais de um gene que controlam a cópia do DNA em RNA. Quando o momento biológico da produção do produto proteico é afetado, resulta na menor produção da proteína. Outras variações incluem um defeito em um gene que faz uma proteína que conserta o DNA quebrado em nossas células. Esta variação pode resultar em muitos tipos de doença, incluindo câncer colorretal e uma doença de pele chamada Xeroderma Pigmentoso.

Testes dos produtos da expressão gênica
Muitas doenças herdadas são identificadas indiretamente, examinando anormalidades no produto genético final (proteínas ou metabólitos) que estão presentes em formas ou quantidades anormais. Lembrando: os genes codificam a produção de milhares de proteínas e, se há um erro no código, estas mudanças podem afetar a produção dessas proteínas. Portanto, ao invés de detectar o problema no gene, alguns testes procuram observar achados incomuns relacionados às proteínas pertinentes, como a sua ausência.

Um exemplo de um teste para um produto genético inclui aqueles largamente usados para fazer o rastreio em recém-nascidos para várias doenças. Por exemplo, recém-nascidos são testados para fenilcetonúria (PKU), doença autossômica recessiva hereditária, causada por uma variação em um gene que faz uma enzima especial, que quebra o aminoácido fenilalanina. Quando muito desta substância se acumula no sangue, ela pode levar a retardo mental, se não for tratada precocemente com uma dieta restritiva especial. O teste usa uma amostra de sangue do calcanhar de um bebe para procurar pela presença de aumento de fenilanalina, ao invés de procurar pelo gene mutado. Outros exemplos incluem os testes sanguíneos para hipotireodismo, diagnosticado pela quantidade baixa ou pela ausência desse hormônio no sangue e hiperplasia adrenal congênita, que leva à diminuição do hormônio cortisol no sangue.

Existem casos de indivíduos que estão tomando certas drogas terapêuticas para tratar sintomas ou para impedir sua ocorrência, em que ocorrem reações violentas à droga ou que não têm qualquer resposta à ela. Muitas vezes, isto ocorre por causa da constituição genética do indivíduo. O estudo desses fenômenos é chamado “farmacogenômica” ou “farmacogenética”

Por exemplo, uma mulher que fez uma cirurgia para remover o tumor e recebeu codeína para aliviar a dor. Embora ela estivesse bem após a cirurgia, logo que começou o tratamento com codeína passou a apresentar um rash (eritema) em todo o corpo, com dificuldade para respirar e batimentos cardíacos irregulares. Quando a codeína foi retirada, a reação desapareceu. Após estudos adicionais, descobriu-se que ela não possuía uma enzima em seu sangue que metaboliza (quebra em diferentes compostos) a codeína em morfina e em outras substâncias. Portanto, na realidade ela estava com uma overdose de codeína. A falta da enzima estava diretamente relacionada à variação no gene que a produzia. Esta variação genética é um polimorfismo entre os indivíduos normais e os portadores dessa variação. Algumas vezes, esses polimorfismos podem causar uma reação muito grave e pode levar à morte.

Em alguns casos, as pessoas hipermetabolizam drogas. Isto ocorre quando há muito de uma enzima que quebra rapidamente uma droga terapêutica, levando a falta de resposta à ela. Pode ocorrer quando são feitas muitas cópias do gene e é produzida muita enzima. Em outros casos, está ausente um receptor especial ao qual a droga se liga nas células ou tecidos. Novamente, isso acontece devido a uma variação no gene que faz a proteína receptora. Quando não há receptor para ligar-se à droga, esta pode não ter efeito algum nas células ou tecidos que deveria afetar

A típica análise de base genética é representada por testes genéticos para determinar um polimorfismo que tem participação na nossa resposta a drogas. O DNA é removido das células, manipulado para encontrar algumas áreas específicas em um cromossomo e comparado com o DNA “normal”. Desta maneira, são vistas as variações genéticas que podem ter um papel em respostas aumentadas ou diminuídas a drogas terapêuticas. Esses testes também podem determinar a resistência de um indivíduo ou sua sensibilidade ao efeito de certas drogas usadas em terapia antiviral (por exemplo para HIV ou hepatite C).

Existem muitas e muitas enzimas no sangue que atuam para metabolizar ou quebrar drogas específicas, permitindo a estas serem excretadas (eliminadas) na urina ou por outros meios. No momento, não há programas de testes que forneçam uma visão panorâmica de nossas variações genéticas específicas que possam nos causar irresponsividade (falta de reação) ou superresponsividade (reação excessiva) à drogas terapêuticas.

Para mais informações em farmacogenômica, leia nosso artigo no assunto.

Testes de Identidade algumas vezes são referidos como “testes de DNA”, termo que é mais comum ser usado para investigações criminais. O termo “testes de DNA” é errôneo, pois todos os tipos de análise genética, tanto para doença como para identificação ou para tipagem tecidual, envolvem avaliação do DNA ou do RNA.

Teste de identidade é focado na identificação de um individuo através de uma análise de DNA mitocondrial ou nuclear, extraído de algum material: sangue, tecidos, cabelos, ossos etc. Qualquer material que contenha células com núcleo pode ser usado para extração de DNA nuclear e, eventualmente, testes de identidade. DNA mitocondrial, o qual é “extra nuclear”, é utilizado quando uma amostra está severamente degradada ou se há apenas fios de cabelo, sem nenhuma célula ligada/presa está disponível.

A cada dia, mais e mais o teste de identidade é usado para identificar um suspeito em uma investigação criminal, através da comparação do DNA encontrado na cena do crime com o DNA de um suspeito. Nos EUA, se um indivíduo suspeito é condenado por um crime, os polimorfismos do seu DNA são depositados em um sistema de banco de dados que é acessível aos oficiais da lei (dos EUA), conhecido como CODIS (Sistema Combinado de Índice de DNA ou, em inglês, Combined DNA Index System). Ele tem ajudado a resolver muitos crimes e também a liberar indivíduos erroneamente acusados.

Outros usos de testes de identidade são para identificar os indivíduos cuja identidade não pode ser distinguida por outros meios, como no caso de corpos decompostos. Nesse tipo de testes genéticos, partes específicas do DNA são examinadas para os polimorfismos (diferenças), que são únicas desses indivíduos. Estas partes das fitas de DNA são chamadas de microssatélites ou minissatélites e são compostas de subunidades repetidas da fita de DNA. Algumas vezes, são chamadas STR (repetições pequenas seguidas ou, em inglês, Short Tandem Repeats) ou VNTR (repetições seguidas de números variável ou, em inglês, Variable Number Tandem Repeats). Na ciência forense, essas sequências, que são únicas, são chamadas “impressão digital do DNA” (em inglês, DNA fingerprint).

Outros tipos de testes de identidade incluem a determinação do pai ou pais de um indivíduo, comumente chamado de “teste de paternidade” ou “parentesco”, e identificação de doadores de órgãos através do uso de testes genéticos para transplante de tecidos, chamado de “tipagem tecidual”.