PLANO DE AULA
Objetivos:
Conhecer o contexto histórico que envolve os avanços atuais da tecnologia genômica.
Relacionar a história da genética com a genômica.
Conteúdos:
Genética, biologia molecular, genômica, história da ciência.
Tempo estimado: Duas aulas.
Desenvolvimento:
1ª. Aula:
# Inicie a aula contando aos seus alunos sobre o estado da técnica da
identificação de genes, que hoje permite que hospitais e laboratórios executem
um trabalho antes restrito a grandes centros de pesquisa com o suporte de
grandes verbas. Para que entendam melhor, peça que leiam a reportagem de VEJA
"DNA para todos", de 27 de abril de 2011.
# Levante com os alunos como foi a história da identificação dos genes. Essa
história pode ser contada de modo sintético e pode ser bastante esclarecedora
para o aluno entender por onde caminharam as questões da genética, muitas vezes
vista de forma confusa pelos alunos, perdidos em detalhes técnicos. Para
ilustrar, conte a eles sobre sequência de descobertas envolvendo o gene
causador de um problema metabólico chamado alcaptonúria (AKU).
A urina de crianças com essa condição torna-se escura em contato com o ar. Isso
ocorre, pois existe uma substância chamada ácido homogentísico, que se acumula
na urina destas pessoas. O portador desta anomalia tem problemas articulares e
cardiovasculares. A sequencia das descobertas ligadas a essa doença serve para
ilustrar grandes eventos da história da Genética. O descobridor da AKU,
Archibald Garrod (1857-1936) foi um dos primeiros cientistas a correlacionar
uma doença humana com as leis Mendelianas da herança. Com base na ocorrência em
primos irmãos, Garrod concluiu que a condição era hereditária e recessiva.
Cinquenta anos se passaram até que se descobrisse que o problema inato do
metabolismo se localizava no fígado onde não era produzida a enzima oxidase do ácido
homogentísico (HGO).
Mais quatro décadas se passaram até o gene responsável pela codificação da
enzima HGO e o correspondente alelo mutante fossem localizados no cromossomo 3
(banda 3q2), clonados e sequenciados. Mostre aos alunos que tais descobertas
foram possibilitadas pela adoção de novas tecnologias ao longo do século 20.
# Divida a classe em grupos de trabalho e encomende uma pesquisa sobre a história
da genética voltada ao genoma humano. Cada grupo deverá escolher sete
descobertas que consideram fundamentais nesta história e trazer o resultado
desta pesquisa na próxima aula.
2ª. Aula:
# Solicite a cada grupo os resultados da pesquisa. Pedindo que cada grupo
justifique a escolha da descoberta. Organize os resultados na lousa. Procure
organizar e comentar os fatos trazidos pelos grupos de acordo com sua visão da
história da genética e do genoma.
Com certeza todos os grupos deverão trazer o trabalho de Mendel, que descortina
os mecanismos da herança, mostrando que os fatores hereditários são particulados.
Essas partículas foram chamadas de genes posteriormente. Baseados no trabalho
de Mendel, uma série de pesquisadores continuaram sua linha de pesquisa
executando cruzamentos e analisando resultados. Outros pesquisadores produziram
uma linha de trabalho tentando localizar e descrever o substrato material do
gene.
Ernst Haecke,l em 1866, demonstrou que os fatores hereditários localizavam-se
no núcleo. Em seguida Friedrich Miescher, em 1871, localizou uma substância que
chamou de nucleína que seria responsável pelas características hereditárias. Em
1974, ficou demonstrado que a nucleína era composta por ácidos nucléicos e
proteínas.
# Observe Chame a atenção da moçada para o fato de que uma série posterior de
trabalhos formou o que foi chamada de Teoria Cromossômica da Herança.
Entre 1879 e 1892 Walther Flemming, Eduard Strasburger e Edouard van Beneden
fizeram contagem de cromossomos, observaram meiose, e descreveram o material
nuclear como cromatina e nucleoplasma. Em 1897, Auguste Weismann propôs a teoria
do comportamento cromossomo mostrando que alguns fenômenos observados dentro
das células eram universais. Destaque o trabalho de Walter Sutton e Theodor
Boveri, de 1902, que definitivamente ligam fatores hereditários aos
cromossomos. Estes pesquisadores mostram que os cromossomos ocorrem aos pares e
que há uma separação na meiose. Mostre aos alunos que o trabalho de Mendel já
previa isso e que, a teoria cromossômica da herança definitivamente liga os
fatores hereditários a um substrato material bem definido. Com base nesses
conceitos e nos novos conhecimentos sobre ligação gênica, Alfred Sturtevant
(1913) e Thomas Morgan (1919) iniciaram uma era de trabalhos utilizando a
mosquinha Drosophila como modelo experimental e mapearam uma série de genes no conjunto
de cromossomos deste inseto
# Lembre os alunos que o detalhamento da procura do substrato físico do material
genético continuara. Sabia-se que o cromossomo continha proteínas e ácidos
nucléicos, entretanto, o trabalho de Griffith (1928) sobre contaminação em
roedores, aponta para o DNA como material genético. Posteriormente, em 1944,
Oswald T. Avery, Colin M. MacLeod e Maclyn McCarty reforçam essa idéia e
finalmente Hershey e Chase, nove anos mais tarde, provam definitivamente que as
proteínas nucleares não possuem papel hereditário e que o DNA, definitivamente,
é o substrato depositário das informações genéticas dos organismos.
Em 1953, James Watson e Francis Crick elucidaram a arquitetura molecular do
DNA, suscitando uma série de estudos posteriores ligando a estrutura fina da
molécula com um código genético responsável pela síntese de proteínas. O
próprio Crick, em 1957 e 1958, elucidou o sistema de síntese de proteínas
formulando o dogma central da biologia molecular. Chame a atenção dos alunos para
o importante fato de que a descoberta da molécula do DNA e sua estrutura fina
inauguraram a biologia molecular. Conte que detalhes do código genético
relacionando trincas de bases nitrogenadas a aminoácidos específicos foram
descritos por Marshall Nirenberg e H. Gobind Khorana, em 1966.
Os cientistas começam então a perceber que seria possível conhecer o gene
conhecendo a seqüência de bases nitrogenadas do DNA. Desde então os esforços
foram feitos no sentido de desenvolver técnicas que facilitassem esse trabalho.
Erwin Southern, em 1975, desenvolveu uma técnica para imobilização e
hibridização de DNA que se tornou a base para técnicas mais sofisticadas como a
técnica de fragmentação de DNA por enzimas de restrição (RFLP) desenvolvida em
1978, por David Botstein.
Um novo tipo de mapeamento mais sofisticado começava a se firmar. Conte que o
primeiro organismo a ser mapeado foi o vírus bacteriófago de E. coli. O
trabalho foi feito pelo laboratório de Sanger, em 1980. Em seguida vieram
bactérias e depois organismos eucariotos simples. Estava então inaugurada a
ciência da genômica. Lembre os alunos que, paralelamente ao desenvolvimento da
genômica, a bioinformática se desenvolve. Discuta com eles o significado desta
nova disciplina que une os conhecimentos da informática com a análise das
informações genéticas. Conte à classe que, em 1982, foi criado o GenBank uma
base de dados de todas as sequência conhecidas de DNA.
# Mostre aos alunos que a essa altura existe uma massa de pesquisadores bem maior
envolvidos com o assunto. Levante a questão de como a internet e o
desenvolvimento da informática ajudaram o desenvolvimento da genômica.
A velocidade dos avanços técnicos facilitava ainda mais a descrição dos
genomas. Uma técnica importante foi o PCR, que permitiu a produção de cópias de
DNA em grande quantidade. Em 1986,
a Applied Biosystems criou o primeiro sequenciador automático de DNA. O reconhecimento rápido das bases nitrogenadas era baseado
na técnica da fluorescência produzindo uma cor para cada base. Programas de
análise estavam se desenvolvendo paralelamente acelerando a capacidade de lidar
com uma grande quantidade de dados obtida pelos sequenciadores.
Em 1990, foi lançado o projeto Genoma Humano, pelo governo dos Estados Unidos.
Em 1991, Craig Venter desenvolve ferramentas para facilitar o mapeamento de
genes e, em seguida, em 1995, funda a empresa Celera, que se engaja na
descrição do genoma humano. Na virada da década, um rascunho do de 90 % genoma
humano é publicado e, três anos depois é anunciado o sequenciamento completo do
genoma humano, com uma estimativa de 30.000 genes.
Avaliação:
Para finalizar, proponha que os alunos se unam em grupos para compor uma
instalação na classe. Um quadro que reúna uma seqüência temporal e histórica a
partir dos dados trazidos para a aula. Sugira que alguns dados da história da
informática sejam inseridos nessa linha do tempo para mostrar o sinergismo que
houve entre a genômica e a informática.
O material trazido pelos alunos para a segunda aula deverá estar escrito e deve
ser avaliado. Da mesma forma, a participação e a contribuição de cada grupo
para a discussão poderá também merecer uma apreciação. Na segunda aula o
produto da instalação coletiva poderá ter uma avaliação coletiva. Os próprios
alunos poderão fazer esta avaliação, passando inclusive pela percepção de
envolvimento maior ou menor da classe.
Elaborado por: Ricardo Paiva
Biólogo, professor a UniBan e Colégio Santa Cruz
