Herança Genética e Ancestralidade

O nosso blogue tenta sempre ser informativo e acessível, e escrevemo-lo com o objectivo de o tornar simples e compreensível para qualquer leitor. Nesta ocasião, deixámo-nos ser um pouco mais técnicos a fim de explicar certos fundamentos da ascendência genética. Mas não é necessário compreender cada palavra ou cada afirmação em pormenor. Estamos certos de que, no final da leitura deste post, terá os principais conceitos que lhe terão permitido compreender melhor o que está por detrás da criação de um estudo personalizado de ancestralidade 24Genetics.

 

 

O que é a herança genética?  

A fim de compreender o âmbito dos testes de ancestralidade e de compreender a ciência por detrás deles, é necessário explicar como o material genético está organizado e como funciona a herança genética.

 

 

Como é organizado o material genético?

O material genético é a base química na qual toda a informação necessária para a produção e regulação de proteínas é armazenada, e determina o destino das nossas células e a informação que nos define como indivíduos. O material genético de praticamente todos os organismos conhecidos, excepto de certos vírus, está organizado sob a forma de ADN (ácido desoxirribonucleico). 

O conteúdo total de ADN de um organismo é chamado de genoma. O genoma humano pode ser dividido em genoma nuclear e genoma mitocondrial. 

Por um lado, o genoma nuclear consiste em 23 pares de cromossomas que juntos contêm informação sobre aproximadamente 20.000 genes, consistindo em mais de 3 biliões de nucleótidos. Vale a pena notar que destes mais de 3 mil milhões de nucleótidos que compõem o genoma humano, a variabilidade entre os indivíduos reside em apenas 0,1% das posições. Estes 23 pares de cromossomas estão organizados em 22 pares de cromossomas autossómicos (ou autossomas) e 1 par de cromossomas sexuais, XX para os machos biológicos e XY para as fêmeas biológicas.

O genoma mitocondrial, por outro lado, consiste de uma única cadeia circular, cuja herança é exclusivamente materna. 

Podemos compreender o genoma como uma colecção de enciclopédias contendo toda a informação de que uma pessoa necessita para crescer e desenvolver. Esta enciclopédia tem 23 volumes, cada um representando cada um dos pares de cromossomas, nos quais podemos ler os genes, que poderíamos representar como as palavras desta enciclopédia. Por sua vez, estas palavras são compostas por letras que, no caso dos genes, correspondem aos quatro tipos de nucleótidos que compõem o ADN: adenina, timina, citosina e guanina. Para cada uma das posições haverá duas letras possíveis (dois possíveis nucleotídeos), que serão os alelos.  

Figura 1. Representação de material genético humano.

A herança genética pode ser definida como características que são herdadas dos pais para os descendentes. Os traços transmissíveis são aqueles que estão fixados nos genes, que constituem o genótipo, enquanto a manifestação destes traços é o que constitui o fenótipo. É importante ter em mente que em muitos casos o fenótipo não é apenas determinado pelo genótipo, mas é também influenciado por factores ambientais (1).  Para fazer uma analogia simples para facilitar a compreensão, poderíamos dizer que numa pintura, o genótipo é constituído pela tela, o tipo de pigmento, as cores, o pincel, o traço, etc. e o fenótipo é a imagem que vemos. 

O termo variabilidade genética refere-se a diferenças na sequência de ADN entre indivíduos ou populações, que, como acima mencionado, é reduzida a 0,1% do genoma humano. As principais fontes de variabilidade são as mutações e a recombinação genética. 

 

 

O que são mutações? 

As mutações são permanentes e alterações hereditárias na sequência de ADN. As mutações de novo são geradas quando ocorre um erro na replicação do ADN que não é corrigido por enzimas de reparação. Por outras palavras, são principalmente erros que não têm causa conhecida ou justificada e que conduzem a uma modificação genética. Dependendo das consequências para o organismo, as mutações são classificadas nos seguintes tipos: 

• Deletério: prejudicial para o organismo, diminuindo assim a eficácia reprodutiva, ou seja, a probabilidade de deixar descendência.
• Benéfico: confere uma vantagem adaptativa que aumenta a eficácia reprodutiva.
• Neutro (2). 

A maioria das mutações que ocorrem no genoma e que são transmitidas aos descendentes são benéficas ou neutras, porque não afectam negativamente a viabilidade dos organismos.

 

 

O que é a recombinação genética?

A recombinação genética é o processo pelo qual cromossomas homólogos ou segmentos cromossómicos se partem e se juntam, envolvendo o rearranjo de sequências de ADN. Este processo tem lugar durante a meiose, que é o processo de divisão celular que ocorre na reprodução sexual para a formação de gâmetas ou células sexuais, tanto masculinas (esperma) como femininas (óvulos). 

Figura 2. Recombinação genética

Dos 23 pares de cromossomas que cada pessoa possui, cada par tem um cromossoma herdado do pai e um da mãe. Portanto, na formação dos gametas (esperma e óvulo) de um indivíduo, a recombinação ocorre entre os dois cromossomas dos 23 pares (cromossomas homólogos), após o que os 23 cromossomas individuais recombinados formarão parte de cada um dos gametas. A geração seguinte herdará um cromossoma de cada progenitor, tendo assim uma combinação única do seu próprio material genético. Isto está ilustrado na figura abaixo: 

Existem posições cromossómicas, tecnicamente chamadas loci, algumas das quais apresentam possíveis variantes de sequências nucleotídicas num gene (alelos). Estas variantes incluem polimorfismos de nucleótidos únicos (SNPs), que são variações de nucleótidos únicos presentes em pelo menos 1% da população, e as frequências dos alelos destas variações têm sido descritas em diferentes populações. A frequência de alelo é definida como a proporção de um alelo específico de todos os alelos possíveis numa dada posição numa dada população (3). 

É a diferença nas frequências dos alelos entre as populações que permite fazer cálculos de ancestralidade.

 

O que é a ascendência? 

Ancestralidade é um termo muito amplo e difícil de definir, uma vez que está sujeito a várias interpretações. Num sentido lato, pode ser geneticamente, geograficamente, historicamente ou culturalmente baseado. 

Do ponto de vista da genética, a ancestralidade pode ser definida como o estudo de toda a informação genética herdada dos nossos antepassados, com certas mutações e variações genéticas, que nos permitem definir as nossas origens. 

As populações mostram variabilidade genética como resultado dos eventos demográficos em que estiveram envolvidas ao longo da história humana, tais como migrações e mistura com outras populações, doenças com elevadas taxas de mortalidade, isolamento geográfico, etc. (4). Assim, a nossa ascendência é o resultado de uma complexa mistura de populações ao longo do tempo, desde a origem da espécie humana em África, cerca de 300.000 anos atrás, até aos dias de hoje (5). Dados estes padrões de variabilidade genética, é possível realizar uma análise das diferenças e semelhanças genéticas que existem entre um indivíduo e várias populações em todo o mundo para inferir a ancestralidade (6).

 

Como são efectuados os cálculos de ancestralidade?

Existem três tipos de testes de ancestralidade: autossomal, mitocondrial e cromossomal Y. Vamos concentrar-nos nos testes de ancestralidade autossómicos. 

Os testes de ancestralidade autossomal realizam uma análise dos cromossomas autossómicos, ou seja, os pares de cromossomas 1 a 22, não incluindo o 23º par, que são cromossomas sexuais (XX ou XY).  Estes 22 pares de cromossomas são herdados de ambos os pais, fornecendo assim informação conjunta sobre as linhagens materna e paternais (7). 

Como mencionado acima, as análises de ascendência baseiam-se na descoberta de semelhanças entre a amostra de um determinado indivíduo e um conjunto de amostras diversas, que constituem o painel de referência ou base de dados, e cuja ascendência é conhecida antecipadamente. Para inferir a ancestralidade, os SNPs entre os dois são comparados, de modo que quanto maior for a coincidência entre a amostra a ser analisada e a amostra de referência, maior é a probabilidade de ter uma ancestralidade comum. Estes resultados reflectem, de certa forma, com que populações a informação genética que herdámos hoje está relacionada e, portanto, quais são as nossas origens genéticas. 

 

 

Ancestralidade a 24Genetics

Na 24Genetics oferecemos-lhe informação sobre a sua ascendência genética a um nível geográfico. Ou seja, associamos as suas origens genéticas às regiões geográficas em que os seus antepassados viveram ou com as quais tiveram um contacto próximo (6). O nosso teste de ascendência é um dos mais completos do mercado, com uma base de dados de referência que inclui ADN de pessoas que representam mais de 1.500 regiões, porque os seus antepassados viveram numa região durante gerações. As nossas informações são classificadas em 175 países, por estados, regiões ou mesmo províncias, remontando a 700 a 900 anos, e podem mesmo detectar sinais genéticos de há mais de 2.000 anos.

 

 

Bibliografia

1. Fenotipo | NHGRI [Internet]. [cited 2022 Jun 20]. Available from: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Fenotipo

2. What is genetic variation | Human genetic variation [Internet]. [cited 2022 Jun 20]. Available from: https://www.ebi.ac.uk/training/online/courses/human-genetic-variation-introduction/what-is-genetic-variation/

3. Strachan T, Read AP. Human Molecular Genetics. Human Molecular Genetics. New York: Garland Science; 2018. 784 p. 

4. Mathieson I, Scally A. What is ancestry? Flint J, editor. PLOS Genetics [Internet]. 2020 Mar 9 [cited 2020 Mar 23];16(3):e1008624. Available from: https://dx.plos.org/10.1371/journal.pgen.1008624

5. Jobling M, Hollox E, Hurles M, Kivisild T, Tyler-smith C. Human Evolutionary Genetics. New York (USA): Garland Science; 2013. 650 p. 

6. Royal CD, Novembre J, Fullerton SM, Goldstein DB, Long JC, Bamshad MJ, et al. Inferring Genetic Ancestry: Opportunities, Challenges, and Implications. American Journal of Human Genetics [Internet]. 2010 May 5 [cited 2022 Jun 17];86(5):661. Available from: /pmc/articles/PMC2869013/

7. Templeton AR. Human Population Genetics and Genomics. Academic Press; 2019.