Revisão Bibliográfica

UNIVERSIDADE DEPARTAMENTO DISCIPLINA Artigo de Revisão Biologia Molecular e Mutações Quando o Código da Vida Muda Discente NOME MATRÍCULA CIDADEUF 2025 Biologia Molecular e Mutações Quando o Código da Vida Muda 1 INTRODUÇÃO A biologia molecular é o ramo da ciência que estuda os processos fundamentais da vida no nível molecular especialmente a estrutura função e regulação de ácidos nucleicos e proteínas Compreender como o DNA o RNA e as proteínas interagem permite desvendar os mecanismos que sustentam a vida desde a replicação do material genético até a expressão gênica e a síntese proteica Esse conhecimento é essencial não apenas para a biologia básica mas também para aplicações em medicina biotecnologia e agricultura oferecendo ferramentas para investigar doenças desenvolver terapias e melhorar organismos de interesse econômico Dentro desse contexto as mutações representam alterações no material genético que podem ocorrer de forma espontânea ou induzida por fatores externos como radiação agentes químicos ou erros durante a replicação do DNA Elas são eventos centrais na evolução molecular podendo gerar diversidade genética e em alguns casos causar doenças As mutações podem variar em escala desde alterações pontuais em uma única base até grandes rearranjos cromossômicos afetando a estrutura e função das proteínas codificadas e consequentemente o fenótipo do organismo O estudo das mutações na biologia molecular permite entender como a integridade do genoma é mantida e quais mecanismos de reparo são ativados para corrigir erros Além disso investigase como mutações podem ser utilizadas como ferramentas para compreender funções gênicas desenvolver diagnósticos moleculares e criar estratégias terapêuticas inovadoras como a edição gênica com CRISPRCas9 O objetivo deste trabalho é centrado em analisar os fundamentos da biologia molecular e o papel das mutações destacando sua influência na estrutura e função do DNA nos mecanismos celulares e em suas aplicações científicas e médicas Dessa forma a integração entre biologia molecular e estudo das mutações oferece uma visão abrangente sobre a dinâmica do DNA os riscos e benefícios das alterações genéticas e suas implicações para saúde biotecnologia e evolução 2 DESENVOLVIMENTO 21 Bases da Biologia Molecular A Biologia Molecular é o campo central das ciências biológicas que investiga os processos fundamentais da vida em nível molecular focando nas interações entre DNA RNA e proteínas Ao estudar como esses biopolímeros são sintetizados regulados e funcionam a biologia molecular permite desvendar os mecanismos que sustentam o funcionamento das células e dos organismos como um todo Conforme destacado em um artigo recente essa área foca de perto nos biopolímeros DNAs RNAs e proteínas e em como eles interagem com o objetivo de compreender os detalhes da vida e impulsionar a inovação científica O DNA é a molécula que contém todas as instruções genéticas necessárias para a síntese de proteínas estando organizado em uma estrutura de dupla hélice estável e complementar composta por nucleotídeos emparelhados por ligações de hidrogênio A T e GC Esta estrutura não apenas permite o armazenamento denso de informação genética mas também facilita sua replicação fiel por meio de um mecanismo semiconservativo em que cada fita serve como molde para a nova síntese A replicação do DNA é um dos processos mais críticos para a manutenção da integridade genética e ocorre com altíssima fidelidade Enzimas como DNA polimerase helicase primase além de proteínas de reparo e outras enzimas associadas atuam de forma coordenada no chamado forquilho de replicação garantindo que o genoma seja copiado com precisão antes da divisão celular 22 Biologia e Perfil das Mutações As mutações são alterações permanentes na sequência de nucleotídeos do DNA representando uma fonte essencial de variabilidade genética mas também podendo causar doenças Elas podem ser classificadas em pontuais quando ocorre a troca de um único nucleotídeo inserções e deleções que envolvem o acréscimo ou perda de bases podendo gerar mutações de mudança de quadro de leitura frameshift duplicações que ampliam segmentos do DNA inversões em que um trecho de DNA é invertido e translocações que envolvem a troca de segmentos entre cromossomos distintos Cooper Hausman 2019 Além disso distinguemse as mutações somáticas que ocorrem em células não reprodutivas e afetam apenas o indivíduo e as germinativas que ocorrem em células da linhagem germinativa e podem ser transmitidas à descendência Strachan Read 2018 Os mecanismos de ocorrência das mutações são variados Durante a replicação do DNA erros ocasionais podem escapar dos sistemas de correção de provas proofreading das DNA polimerases resultando em mutações fixadas no genoma Além disso agentes mutagênicos externos como compostos químicos ex nitrosaminas hidrocarbonetos aromáticos policíclicos radiações ionizantes raios X radiação gama e radiação ultravioleta assim como alguns vírus e elementos transponíveis podem induzir alterações estruturais no DNA Lodish et al 2021 Erros durante a recombinação genética como trocas desiguais na meiose também são fontes de mutações cromossômicas Assim a compreensão dos tipos e mecanismos de mutação é crucial para áreas como a genética médica a oncologia molecular e a biotecnologia 23 Reparo do DNA Mecanismos de Resistência às Mutações O DNA está constantemente exposto a lesões internas e externas exigindo a ação de sofisticados sistemas de reparo para preservar a estabilidade genômica Entre eles destacase o reparo por excisão de bases BER que corrige alterações em uma única base nitrogenada como a desaminação de citosina O reparo por excisão de nucleotídeos NER remove segmentos maiores do DNA sendo crucial contra dímeros de timina induzidos por radiação UV Já o reparo por recombinação homóloga HR e o reparo por junção de extremidades não homólogas NHEJ são fundamentais para corrigir quebras de dupla fita DSB consideradas as lesões mais graves no DNA Jackson Bartek 2009 Quando esses mecanismos falham as mutações podem se acumular e comprometer funções celulares essenciais As consequências podem variar desde mutações neutras que não alteram a função da proteína até mutações prejudiciais que afetam regiões críticas do genoma e levam a doenças graves Em contrapartida mutações benéficas podem gerar vantagem adaptativa estando na base da evolução O impacto das mutações depende do tipo de alteração e de sua localização mutações em regiões codificantes podem mudar a sequência de aminoácidos das proteínas enquanto mutações em regiões regulatórias podem modificar padrões de expressão gênica Friedberg et al 2006 As falhas persistentes nos sistemas de reparo do DNA estão diretamente ligadas a diversas doenças genéticas e cânceres Por exemplo mutações nos genes BRCA1 e BRCA2 envolvidos na recombinação homóloga aumentam drasticamente o risco de câncer de mama e ovário Já a síndrome de Xeroderma Pigmentosum resultante de defeitos no reparo por excisão de nucleotídeos leva a extrema sensibilidade à radiação UV e predisposição a câncer de pele Lehmann et al 2011 Esses exemplos reforçam como a integridade do DNA e a eficácia dos sistemas de reparo são fundamentais para a manutenção da saúde e prevenção de patologias 24 Biotecnologia e Estudo das Mutações O avanço das técnicas de biologia molecular permitiu uma compreensão mais detalhada das mutações e suas consequências funcionais O sequenciamento de DNA desde o método de Sanger até as plataformas de sequenciamento de nova geração NGS revolucionou a detecção de mutações em larga escala permitindo identificar substituições de nucleotídeos inserções deleções e rearranjos complexos no genoma Complementarmente a PCR reação em cadeia da polimerase e sua variação quantitativa qPCR possibilitam a amplificação e a quantificação de sequênciasalvo sendo amplamente utilizadas no diagnóstico molecular e na análise de mutações específicas em genes associados a doenças Goodwin McPherson McCombie 2016 Além disso a aplicação da CRISPRCas9 abriu novas possibilidades para o estudo funcional de mutações permitindo não apenas identificar mas também introduzir ou corrigir mutações específicas em modelos celulares ou organismos experimentais Essa ferramenta possibilita compreender como mutações impactam a expressão gênica e a função proteica em sistemas biológicos reais Assim o uso combinado de sequenciamento PCR e edição gênica constitui uma abordagem poderosa para investigar a biologia das mutações fornecendo bases para avanços na medicina personalizada terapias gênicas e biotecnologia Doudna Charpentier 2014 25 Aplicações Práticas e Implicações Éticas O estudo das mutações possui grande relevância prática em diversas áreas da ciência e da saúde No campo da medicina personalizada técnicas de diagnóstico molecular permitem identificar mutações associadas a doenças genéticas e cânceres possibilitando tratamentos direcionados e maior eficácia terapêutica Além disso a biotecnologia tem explorado mutações induzidas ou corrigidas por engenharia genética com destaque para a utilização do sistema CRISPRCas9 que abre caminho para terapias gênicas mais seguras e precisas No contexto evolutivo as mutações representam a base da variabilidade genética permitindo a adaptação de organismos a ambientes em constante mudança Stratton 2011 Jinek et al 2012 Apesar dos avanços ainda existem desafios e dilemas éticos relacionados ao controle das mutações A aplicação da edição genética em seres humanos exige critérios rigorosos de segurança e regulamentação de forma a evitar efeitos offtarget e consequências imprevisíveis no genoma Além disso questões sociais e éticas como o uso da biotecnologia para fins não terapêuticos geram debates sobre limites morais e impactos na diversidade genética Novas tecnologias associadas à inteligência artificial e à biologia sintética trazem perspectivas para a prevenção e correção de mutações de forma mais eficiente mas demandam discussão ampla entre cientistas profissionais da saúde e sociedade Baylis 2019 CONCLUSÃO A biologia molecular oferece as bases para compreender como o DNA RNA e proteínas sustentam os processos vitais revelando o DNA como o código da vida e destacando a importância de sua estrutura e manutenção Nesse contexto as mutações surgem como eventos inevitáveis que podem ocorrer por erros de replicação ou pela ação de agentes mutagênicos resultando em alterações que podem ser neutras benéficas ou prejudiciais A célula por sua vez dispõe de sofisticados mecanismos de reparo do DNA cujo funcionamento é essencial para a preservação da estabilidade genômica e prevenção de doenças graves como o câncer Os avanços nas técnicas de estudo de mutações como o sequenciamento de DNA PCR e a edição gênica com CRISPRCas9 ampliaram nossa capacidade de detectar compreender e até corrigir alterações genéticas consolidandose como ferramentas indispensáveis na pesquisa biomédica e biotecnológica Essas descobertas têm aplicações práticas diretas na medicina personalizada no diagnóstico molecular e na engenharia genética ao mesmo tempo em que reforçam a relevância das mutações como motor da evolução e adaptação dos organismos Contudo os progressos também levantam desafios éticos e sociais principalmente no que se refere ao uso responsável da edição genética e à necessidade de regulamentações que garantam segurança e justiça no acesso às novas tecnologias Assim o estudo das mutações não apenas aprofunda a compreensão sobre a vida em nível molecular mas também projeta possibilidades inovadoras para a saúde biotecnologia e evolução reafirmando sua importância como um dos campos mais dinâmicos e transformadores da ciência contemporânea REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBERTS B JOHNSON A LEWIS J et al Molecular Biology of the Cell 6 ed New York Garland Science 2015 BAYLIS F Altered Inheritance CRISPR and the Ethics of Human Genome Editing Harvard University Press 2019 COOPER G M HAUSMAN R E The Cell A Molecular Approach 8 ed Oxford Oxford University Press 2019 CRICK F Central Dogma of Molecular Biology Nature v 227 p 561563 1970 DOUDNA J A CHARPENTIER E The new frontier of genome engineering with CRISPRCas9 Science v 346 n 6213 p 1258096 2014 FRIEDBERG E C et al DNA Repair and Mutagenesis 2 ed Washington ASM Press 2006 GOODWIN S MCPHERSON J D MCCOMBIE W R Coming of age ten years of nextgeneration sequencing technologies Nature Reviews Genetics v 17 p 333351 2016 JACKSON S P BARTEK J The DNAdamage response in human biology and disease Nature Reviews Molecular Cell Biology v 10 p 107117 2009 JINEK M et al A programmable dualRNAguided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity Science v 337 p 816821 2012 LEHMANN A R et al Xeroderma pigmentosum DNA repair and cancer Nature Reviews Cancer v 11 p 859872 2011 LODISH H BERK A ZIPURSKY S L et al Molecular Cell Biology 9 ed New York W H Freeman 2021 STRACHAN T READ A P Human Molecular Genetics 5 ed New York Garland Science 2018 STRATTON M R Exploring the genomes of cancer cells progress and promise Science v 331 n 6024 p 15531558 2011 WATSON J D BAKER T A BELL S P et al Molecular Biology of the Gene 7 ed New York Pearson 2014 UNIVERSIDADE DEPARTAMENTO DISCIPLINA Artigo de Revisão Expressão Gênica da Ativação ao Fenótipo Discente NOME MATRÍCULA CIDADEUF 2025 EXPRESSÃO GÊNICA DA ATIVAÇÃO AO FENÓTIPO INTRODUÇÃO A expressão gênica é um dos processos centrais da biologia molecular e representa o conjunto de mecanismos que permitem que a informação contida no DNA seja utilizada para a produção de RNA e proteínas Esses produtos gênicos são fundamentais para a manutenção das funções celulares determinando desde características estruturais até respostas metabólicas e adaptativas dos organismos Assim a expressão gênica constitui o elo entre o genótipo e o fenótipo revelando como a informação genética se manifesta em características observáveis Além de ser essencial para o funcionamento normal das células a expressão gênica é altamente regulada e sensível a fatores internos e externos Diferentes tipos celulares de um mesmo organismo apresentam padrões distintos de expressão permitindo a especialização tecidual e o desenvolvimento Do mesmo modo estímulos ambientais como nutrição hormônios ou agentes estressores podem modificar esses padrões demonstrando a plasticidade do genoma frente às condições de vida Portanto compreender a expressão gênica é indispensável para explicar a complexidade da vida bem como para o avanço de áreas aplicadas como medicina biotecnologia e diagnóstico molecular Nos últimos anos o estudo da expressão gênica tem ganhado ainda mais destaque devido ao desenvolvimento de tecnologias avançadas como o sequenciamento de nova geração RNAseq e ferramentas de edição gênica como o CRISPRCas9 Essas inovações permitem investigar com maior precisão quais genes estão ativos em determinadas condições fisiológicas ou patológicas além de possibilitar intervenções direcionadas no material genético O objetivo deste trabalho é explorar os mecanismos técnicas e aplicações da expressão gênica destacando sua regulação influência ambiental impacto na saúde e na biotecnologia bem como os desafios éticos e perspectivas futuras da área Dessa forma o tema não apenas contribui para a compreensão básica da biologia mas também abre caminhos para a criação de terapias personalizadas a melhoria de cultivos agrícolas e a prevenção de doenças mostrando sua relevância científica e social DESENVOLVIMENTO 21 Mecanismos moleculares da expressão gênica A transcrição é o primeiro passo da expressão gênica essencial para a síntese de RNA a partir do DNA conduzida pela RNApolimerase II Enquanto o polímero se move ao longo do gene ocorre o recrutamento da maquinaria de processamento incluindo o complexo de capping o spliceossomo e fatores responsáveis pela clivagem e poliadenilação da extremidade 3 todos coordenados pela cauda Cterminal fosforilada CTD da RNA polimerase II A síntese do modificador cap5 uma base guanina metilada m7G sucede logo após o início da transcrição atuando na proteção contra exonucleases favorecendo o recrutamento de proteínas exportadoras e iniciadores da tradução além de facilitar o reconhecimento do splicesite mais próxima A complexa rede de interações cotranscricionais entre capping splicing e poliadenilação não apenas assegura a maturação eficiente do mRNA como também contribui para a estabilidade genômica evitando estruturas perigosas O processamento do RNA envolve splicing adição de cap 5 e cauda poliA na extremidade 3 fundamentais para gerar um mRNA maduro pronto para tradução O splicing é catalisado por um spliceossomo composto por diversos snRNPs U1 U2 U4 U5 U6 que reconhecem sinais de 5 e 3 dos íntrons e promovem a excisão dos mesmos e a junção dos éxons Já a poliadenilação conduzida por complexos como CPSF e CstF cliva o transcrito e adiciona uma cauda poliA cujo tamanho e localização podem variar por meio de poliadenilação alternativa APA influenciando estabilidade localização e tradução do mRNA Além disso proteínas como a PolyAbinding protein PABP interagem com a cauda poliA e com fatores de iniciação da tradução eIF4G eIF4E formando um circuito que protege o mRNA promove a circularização e aumenta a eficiência de tradução e poliadenilação 22 Influência Ambiental na Expressão Gênica A expressão gênica é fortemente modulada por fatores ambientais que atuam frequentemente por meio de mecanismos epigenéticos como metilação do DNA modificações de histonas e regulação por RNAs não codificantes Por exemplo agentes poluentes incluindo metais pesados e disruptores endócrinos podem promover estresse oxidativo que altera a atividade de enzimas epigenéticas como DNMTs HATs e HDACs resultando em padrões aberrantes de metilação e acetilação que modificam o perfil de expressão gênica e comprometem a resposta celular adaptativa Além disso a nutrição especialmente durante períodos críticos como a gestação tem papel determinante na programação epigenética do indivíduo deficiências ou excesso de nutrientes podem reprogramar o epigenoma fetal aumentando a predisposição a doenças metabólicas na vida adulta Por sua vez o estresse seja físico químico ou psicológico desencadeia respostas adaptativas celulares coordenadas frequentemente através da ativação de fatores de transcrição específicos mudanças na arquitetura da cromatina e regulação por ncRNAs Por exemplo hormônios do estresse como corticosterona alteram o padrão de acetilação de histonas e o nível de expressão de seus receptores remodelando circuitos regulatórios epigenéticos envolvidos na resposta ao estresse A exposição prénatal ao estresse materno altera a metilação de genes envolvidos no eixo HPA como o receptor de glicocorticoide NR3C1 com consequências duradouras na regulação hormonal e no comportamento do indivíduo inclusive nas gerações seguintes Essas modificações epigenéticas permitem uma plasticidade fenotípica adaptativa mas também passam a ser potencialmente permanentes contribuindo para a transmissão transgeracional de traços fenotípicos influenciados pelo ambiente 23 Técnicas de Estudo da Expressão Gênica A investigação da expressão gênica se beneficia de uma variedade de técnicas complementares A PCR em tempo real qPCR permite quantificar com precisão a abundância de transcritos específicos por meio de sondas fluorescentes sendo amplamente utilizada para verificar o nível de expressão de genes alvo em condições experimentais controladas Já a metodologia de RNAseq utilizada em transcriptômica oferece uma visão abrangente do transcriptoma permitindo identificar não apenas genes diferencialmente expressos mas também isoformas de splicing variantes alélicas e potenciais biomarcadores além de facilitar a construção de redes de coexpressão e análises funcionais avançadas A hibridização in situ por sua vez possibilita visualizar a localização espacial de mRNAs em tecidos ou células permitindo entender padrões de expressão em contexto histológico sendo crucial para estudos em desenvolvimento e diagnóstico As aplicações práticas desses avanços são diversas e promissoras Na medicina personalizada o perfil transcriptômico individual obtido por RNAseq auxilia na escolha de terapias mais eficazes e direcionadas com potencial de revolucionar o tratamento de doenças como demonstrado em abordagens emergentes de terapia gênica com base em CRISPR inclusive utilizadas para corrigir mutações em pacientes com condições raras Na biotecnologia e agricultura a edição gênica com CRISPR permite desenvolver plantas mais resistentes a pragas secas e doenças fortalecendo a segurança alimentar e a resiliência climática No âmbito do diagnóstico molecular técnicas como RNAseq e qPCR aprimoram a detecção precoce de doenças ao identificar expressão diferencial em estágios iniciais além de facilitar a classificação de subtipos tumorais Quanto aos desafios e perspectivas futuras o uso de inteligência artificial IA para analisar dados de expressão gênica é cada vez mais relevante Abordagens de deep learning têm sido aplicadas com sucesso em dados de RNAseq especialmente em transcriptômica de célula única scRNAseq melhorando a extração de padrões relevantes em dados altamente ruidosos e multidimensionais além de avançar na análise de spatial transcriptoma O potencial da edição gênica com CRISPRCas9 apesar de revolucionário traz uma série de questões éticas e sociais complexas preocupações como efeitos fora do alvo desigualdade no acesso às tecnologias riscos ecológicos e morais ligados à edição germinativa destacamse na literatura Essas implicações reforçam a necessidade de desenvolver marcos regulatórios globais promover diálogo público e garantir que essas inovações sejam utilizadas de forma responsável CONCLUSÃO A análise das diferentes técnicas de estudo da expressão gênica aliada às suas aplicações práticas e às perspectivas futuras evidencia o enorme potencial dessas ferramentas para transformar a ciência a saúde e a sociedade Métodos como qPCR RNAseq e hibridização in situ fornecem bases sólidas para compreender processos biológicos complexos enquanto aplicações em medicina personalizada diagnóstico molecular e biotecnologia ampliam as possibilidades de inovação Contudo os avanços trazem também desafios éticos sociais e regulatórios especialmente diante da crescente integração da inteligência artificial na análise de grandes volumes de dados e do impacto da edição gênica por CRISPRCas9 Assim o futuro da biologia molecular dependerá não apenas da evolução tecnológica mas também da capacidade coletiva de garantir que essas inovações sejam aplicadas de forma responsável segura e equitativa conciliando progresso científico com valores humanos fundamentais REFERÊNCIAS ALBERTS B et al Biologia Molecular da Célula 6 ed Porto Alegre Artmed 2017 NELSON D L COX M M Princípios de Bioquímica de Lehninger 7 ed Porto Alegre Artmed 2018 JI Zhe et al Transcriptional activity regulates alternative cleavage and polyadenylation Molecular systems biology v 7 n 1 p 534 2011 Hormonal modulation and endocrine system plasticity through epigenetic mechanisms International Journal of Molecular Sciences 2020 Disponível em PubMed Central Acesso em 4 set 2025 HOW DO ENVIRONMENTAL FACTORS AFFECT GENE EXPRESSION The Institute for Environmental Research and Education 2025 Acesso em 4 set 2025 ENVIRONMENTAL EXPOSURES AND GENE REGULATION IN DISEASE ETIOLOGY Environmental Health Perspectives 2008 Disponível em PubMed Acesso em 4 set 2025 RIBEIRO R D S DE OLIVEIRA R W BORGES S Nutriepigenômica no Estresse Oxidativo Associado ao Meio Ambiente Antioxidants 2021 BISWAS Irfan Ethical dimensions and societal implications ensuring the social responsibility of CRISPR technology Frontiers in Genome Editing v 7 p 1593172 2025 MOJICA Elizabeth A KÜLTZ Dietmar Physiological mechanisms of stressinduced evolution Journal of Experimental Biology v 225 n Suppl1 p jeb243264 2022 LÄMKE Jörn BÄURLE Isabel Epigenetic and chromatinbased mechanisms in environmental stress adaptation and stress memory in plants Genome biology v 18 n 1 p 124 2017 MULVIHILL John J et al Ethical issues of CRISPR technology and gene editing through the lens of solidarity British medical bulletin v 122 n 1 p 1729 2017 TIFFON Céline The impact of nutrition and environmental epigenetics on human health and disease International journal of molecular sciences v 19 n 11 p 3425 2018