A genética da obesidade: uma actividade laboratorial Teach article

Author(s): Sarah McLusky, Rosina Malagrida, Lorena Valverde

Traduzido por Maria João Fonseca. Cerca de 1.5 mil milhões de pessoas em todo o mundo têm excesso de peso ou são obesas. Estamos simplesmente a comer em demasia, ou podemos culpar os nossos genes? Aqui fica uma sugestão sobre como investigar a genética da obesidade na sala de aula.

Imagem cortesia de colros /
Flickr

A obesidade é um problema grave. Mais de 10% da população mundial adulta é obesa; em alguns países, esta proporção aumenta para 40%. Doenças cardíacas, diabetes tipo 2, alguns tipos de cancro, complicações durante a gravidez, problemas nas articulações, depressão e ansiedade têm vindo a ser associados à obesidadew1.

Variações na prevalência da
obesidade em adultos:
percentagem da população
adulta com um índice de
massa corporal de 30 ou
mais, em 11 países
Fonte de dados: International
Association for the Study of
Obesity (www.iaso.org)

Alimentos ricos em calorias facilmente acessíveis e um estilo de vida mais sedentário são normalmente considerados culpados pelo aumento alarmante de obesidade, mas poderão os nossos genes ser parte do problema? Este artigo apresenta alguns dos mais recentes resultados de investigação sobre a genética da obesidade, assim como um método desenvolvido pelo projecto europeu Xplore Health para a extracção de DNA, o primeiro passo para os investigadores que tentam identificar ‘genes gordos’.

A extracção de DNA seria uma opção adequada para alunos dos ensinos básico (14-16 anos) e secundário (mais de 16 anos) e ocuparia uma aula. Se este método não for apropriado para os seus alunos ou condições laboratoriais, tente um dos métodos alternativos (baseados nos mesmos princípios, mas utilizando materiais mais acessíveis), usando ervilhas congeladas (Madden, 2006) ou kiwiw2. Instruções para a actividadew5 podem também ser obtidas sob a forma de ficheiros Word ou PDF a partir da página de Internet da Science in School.

O tema da obesidade é também útil para abordar a investigação actual em genética e as questões éticas num contexto ao nível do qual os alunos poderão ter alguma experiência pessoal e opiniões formadas. Afinal, quantos adolescentes não gostam de fast food e de ficar esticados no sofá a ver televisão? Outros recursos, incluindo um pacote de debate para explorar estes assuntos com maior detalhe, estão disponíveis na página de Internet do Xplore Healthw3.

 

Definir obesidade

Uma pessoa é considerada obesa se tiver um índice de massa corporal (IMC) superior a 30. Os valores considerados saudáveis situam-se entre 18.5-25. O IMC é calculado dividindo o peso, em quilogramas, pela raiz quadrado da altura, em metros.

IMC = peso (kg)
        (altura (m))2

Apesar de o IMC dar orientações úteis, não permite entrar em consideração com variações na constituição física e composição corporal. Por exemplo, atletas com uma musculatura desenvolvida seriam frequentemente avaliados como tendo excesso de peso, com base exclusivamente no IMC.

 

O que têm os genes a ver com isso?

A obesidade é de família. Isso significa que a obesidade é genética ou simplesmente que as famílias partilham hábitos alimentares pouco saudáveis? Talvez surpreendentemente, estudos realizados com gémeos revelam que a obesidade poderá dever-se até 70% a factores genéticos, uma vez que os gémeos que partilham os mesmos genes (gémeos verdadeiros) têm uma probabilidade muito maior de ter a mesma forma corporal do que gémeos falsos (O’Rahilly & Farooqi, 2006).

Os investigadores descobriram uma série de variantes génicas (alelos) que parecem estar associadas à obesidade. Algumas delas são raras e afectam um número muito reduzido de pessoas, enquanto outras são bastante comuns e aumentam o risco de ganhar peso em grande parte da população (tabela 1).

Tabela 1: Diferentes tipos de genes associados à obesidade identificados por investigadores
  Variantes raros num só gene Variantes comuns múltiplos em genes
Efeito no peso corporal Responsáveis por muito peso extra em poucas pessoasAccount for a lot of extra weight in very few people Responsáveis por um pouco de peso extra em muitas pessoas
Exemplos Gene Ob, gene Mc4r Gene Fto, gene Tmem18
Associação com outras condições clínicas Pode estar associada a doenças raras, ex. deficiência congénita de leptina, deficiência em MC4R Uma de muitas características humanas variadas ‘normais’, mas pode também associar-se a outras doenças comuns, ex. diabetes tipo 2
Como é que estes podem ser encontrados? Estudos de genes candidatos, estudos em animais, sequenciação de exomas Estudos de associação a nível do genoma
Relevância potencial Testes genéticos pré-natais e terapia génica Compreensão do risco de doença e definição de estratégias de prevenção de doença personalizadas
Um ratinho obeso deficiente
em leptina (esquerda) junto a
um ratinho normal (direita)
Imagem cortesia de US
Department of Energy, Oak
Ridge National Laboratory

O gene Ob é uma variante singular que provoca associada à obesidade. Controla o apetite, através da produção de uma hormona designada por leptina. As pessoas que possuem duas cópias defeituosas deste gene não conseguem produzir leptina e têm constantemente vontade de comer. Pessoas obesas, deficientes em leptina, tratadas com injecções de leptina regressaram a um peso normal. Outro gene que se verificou actuar de uma forma idêntica é o Mc4r, que faz parte da via de sinalização que controla o nosso comportamento em relação ao modo como nos alimentamos (O’Rahilly & Farooqi, 2006).

Contudo, estas mutações num único gene são bastante raras. Foram identificadas outras variantes genéticas, muito mais comuns que, apesar de não serem uma causa directa de obesidade, fazem com que quem as possui tenha uma maior probabilidade de aumentar de peso. Exemplos incluem variantes dos genes Fto eTmem18. Estudos demonstraram que as pessoas com uma cópia da variante ‘de risco’ Fto pesam, em média, mais 1.2 kg do que as pessoas com outras variantes, enquanto as que têm duas cópias da variante ‘de risco’ pesam, em média, mas 3 kg.

Assim, será que as pessoas que possuem estas formas mais comuns dos ‘genes gordos’ estão destinadas a ser obesas, ou será que podem contornar o seu destino? Estas variantes genéticas apenas predispõem as pessoas a ganhar peso, mas com uma dieta e estilo de vida saudáveis não há qualquer razão para os portadores não manterem um peso saudável.

Os investigadores na área da obesidade também estão a explorar a epigenética (a interacção entre genes e ambiente) e de que forma as vias de sinalização (ex. hormonas e o sistema nervoso) no organismo afectam o metabolismo e o comportamento. Têm esperança que através de uma melhor compreensão da complexa natureza do apetite, metabolismo e armazenamento de gordura, seja possível desenvolver melhores tratamentos ou estratégias para controlar a ingestão de alimentos em pessoas com uma predisposição genética para a obesidade.

 

Actividade para os alunos: Extrair o teu próprio DNA

Materiais

Clique na imagem para
ampliar. Imagem cortesia de
@el taller interactivo, Parc
Científic de Barcelona
  • Micropipetas ou pipetas graduadas
    Se não tiver micropipetas, pode usar pipetas calibradas/ graduadas descartáveis. Nestas pipetas, o ‘tubo’ é graduado, permitindo a transferência de volumes inferiores a 1 ml com rigor suficiente para esta experiência.
  • Ansas de repicagem descartáveis ou zaragatoas
  • Tubo Falcon pequeno ou tubo de ensaio com tampa
  • Os tubos Falcon são tubos calibrados com tampas de enroscar. Se não estiverem disponíveis, poderá utilizar tubos de ensaio normais.
magem cortesia de @el taller
interactivo, Parc Científic de
Barcelona
  • Banho-maria a 40°C (opcional)
  • Solução desinfectante
  • Solução de lise
  • Solução de proteinase K
  • Solução de acetate de sódio
  • Etanol frio ou álcool isopropílico (manter no frigorífico até ser necessário)
Imagem cortesia de @el taller
interactivo, Parc Científic de
Barcelona

Método

  1. Transferir 1 ml de solução de lise para o tubo Falcon ou tubo de ensaio.
  1. Com uma ansa ou zaragatoa, raspar vigorosamente o interior das bochechas e a superfície da língua.
  1. Introduzir a ansa ou a zaragatoa no tampão de lise, agitando-a de forma a libertar as células recolhidas.
Imagem cortesia de @el taller
interactivo, Parc Científic de
Barcelona
  1. Colocar a ansa ou a zaragatoa no desinfectante.
  1. Repetir os passos mais 2-4 duas vezes, para assegurar a recolha muitas células.Utilizar uma ansa ou zaragatoa nova de cada vez.
  1. Adicionar 20 µl (ou uma gota, se se estiver a utilizar pipetas) de proteinase K ao tubo.
  2. Fechar o tubo e inverter algumas vezes para homogeneizar o conteúdo.
  1. Incubar a mistura em água-maria ou à temperatura ambiente durante 10 min.
Imagem cortesia de @el taller
interactivo, Parc Científic de
Barcelona
  1. Adicionar 100 µl de acetato de sódio.
  1. Fechar o tubo e agitar bem, para homogeneizar.
  1. Adicionar 3 ml de etanol frio.
  1. Fechar o tubo e inverter muito lentamente para homogeneizar.
  1. O DNA deve aparecer sob a forma de um precipitado filamentoso esbranquiçado.
 

Nota de segurança

As soluções podem ser irritantes para os olhos e para a pele, por isso deve ser usada uma bata, óculos de protecção e luvas. Algumas doenças podem ser transmitidas através da saliva; cada um deve manipular apenas as suas próprias ansas ou zaragatoas e colocar os materiais utilizados no desinfectante.

Eliminação: os líquidos podem ser despejados na banca com bastante água. As ansas ou zaragatoas usadas podem ser colocadas no lixo comum após desinfecção durante 15 minutos.


 

Questões para discussão

  • O que significa ‘lise’? Como é que isto ajuda a extrair o DNA?
  • O tampão de lise contém um detergente designado por SDS. Com base no teu conhecimento sobre a estrutura celular, o que achas que o detergente faz?
  • No interior das células, o DNA encontra-se fortemente enrolado e ligado a uma variedade de proteínas. Que passo ajuda a libertar o DNA das proteínas?
  • O que é que o último passo te diz acerca da solubilidade do DNA quer em água salgada, quer em etanol?
  • Como podes confirmar que o precipitado branco é mesmo DNA?

Actividades de extensão

  • Compara este método de extracção de DNA com métodos mais simples, usando ervilhas congeladas (Madden, 2006) ou kiwiw2. De que forma diferem? Qual funciona melhor? Consegues explicar porquê? Consegues identificar o método mais semelhante ao utilizado pelos geneticistas profissionais?
  • Extrair simplesmente DNA de um indivíduo não é suficiente para saber se este tem uma predisposição para a obesidade. Que outros testes teriam que ser feitos? Fica a saber mais sobre as técnicas utilizadas em investigação em genética.
  • Em muitos países, pais portadores de condições genéticas graves, como a fibrose cística ou a hemofilia, podem optar por diagnósticos genéticos pré-implantação, de modo a evitar o nascimento de crianças portadoras da doença. Achas que este procedimento deveria estar disponível para pais com uma predisposição genética para a obesidade? Os teus colegas concordam contigo?
  • ilia can opt for pre-implantation genetic diagnostics to avoid having children that carry the disease. Do you think this procedure should be available for parents who have a genetic predisposition for obesity? Do your classmates agree with you?

 

Porque é que há tantos métodos de extracção de DNA?

Este é apenas um entre muitos métodos publicados para extracção de DNA a partir de células (ex. Madden, 2006, e página de Internet dos Naked Scientistsw2). Estes variam dos mais simples (utilizando detergente da louça e sal de cozinha) até aos métodos em que se utilizam produtos químicos que são mais familiares a biólogos moleculares. Os princípios em que assenta a extracção são os mesmos em todos os casos: um detergente é utilizado para romper as membranas celulares, uma enzima é adicionada para digerir as proteínas que mantém o DNA bem enrolado, e de seguida acrescenta-se sal e álcool frio para criar condições nas quais o DNA é insolúvel.

A principal diferença é que quanto mais sofisticado for o método, mais puro será o DNA resultante. Por exemplo, no método mais simples, o DNA surge misturado com uma grande quantidade de pectina. Claramente, os investigadores que trabalham em obesidade e outros biólogos moleculares necessitam de amostras com o maior grau de pureza possível.

 

Obter e preparar os reagentes

Solução de lise (50 ml)

  1. Preparar uma solução tampão Tris salino (TBS, do inglês: “tris-buffered saline”) de acordo com as instruções do fabricante ou segundo o procedimento convencional.
    O TBS pode ser adquirido como uma solução pronta a usar, sob a forma de pastilhas, ou feita a partir do zerow4.

 

Nota de segurança

Recomenda-se a utilização de uma solução pronta a usar de dodecil sulfato de sódio (SDS), uma vez que o SDS em pó pode ser prejudicial, se inalado. Se se utilizar SDS em pó, o professor deve preparar a solução numa hotte, usando máscara. Consulte também a nota segurança geral da Science in School.

 

  1. Se se utilizar solução pronta a usar de SDS a 10%, adicionar 5 ml de SDS a 45 ml de TBS.
  2. Se se utilizar SDS em pó, dissolver 0.5 g em 50 ml de TBS.
  3. Armazenar a solução no frigorífico até ser necessária.

Solução de acetate de sódio 3M (for 50 ml)

  1. Dissolver 12.3 g de acetato de sódio anidro em 50 ml de água destilada.
  2. Adicionar HCl diluído de forma a ajustar o pH a 5.2.
  3. Armazenar a solução no frigorífico até ser necessária.

Proteinase K (100 µg / ml)

  1. Dissolver 1 mg de proteinase K em 10 ml de TBS.
    Só é necessária uma quantidade muito reduzida da enzima, pelo pode ser preparado um volume menor, caso se disponha de uma balança suficientemente precisa. Basta ajustar as quantidades conforme necessário.
  2. Armazenar a solução no frigorífico até ser necessária.

Solução desinfectante

Desinfectantes adequados incluem solução de hipoclorito de sódio a 0.015 M, 1 % de solução Virkon® ou 5 % de lixivia doméstica. Após estarem imersas durante pelo menos 15 min, as ansas devem ser transferidas para um saco de plástico (devem ser usadas luvas) e descartadas juntamente com o lixo comum.

De forma a facilitar a identificação dos reagentes necessários, é fornecida na tabela 2 uma listagem com os números dos produtos Sigma-Aldrich. Contudo, estes também podem ser obtidos a partir de outros fornecedores.

Tabela 2: Números de produtos Sigma-Aldrich para os reagentes utilizados neste protocolo
Reagente Número do produto Sigma-Aldrich
Tris buffered saline (TBS) Pastilhas: TS030 ou 94158
Dodecil sulfato de sódio (SDS) Em pó: L3771
Solução a 10%: 71736
Acetato de sódio S2889
Proteinase K P6556

References

Web References

Resources

Author(s)

Sarah McLusky é uma escritora de ciência, editor e consultora em educação freelancer. Também ensina bioquímica na Newcastle College, Reino Unido.

Rosina Malagrida é formada em química pela Universitat de Barcelona, Espanha, e tem um mestrado em comunicação de ciência pelo Imperial College London, Reino Unido. É especializada em actividades educativas não-formais, principalmente baseadas em investigação em saúde. Actualmente, é Directora do Centre for Public Engagement on Health Research na Irsi Caixa em Barcelona, onde coordena o portal educativo europeu Xplore Healthw3. Rosina trabalhou previamente no Parc Científic de Barcelona e nos museus de ciência de Londres e Barcelona, tendo desenvolvido workshops de experiências, feiras e debates, com o objectivo de aproximar a investigação e a sociedade.

Lorena Valverde é formada em biologia pela Universitat de Barcelona, Espanha, e tem um mestrado em imunologia pela Unibversitat de Barcelona e Universitat Autonòma de Barcelona. Lorena encontra-se actualmente a fazer um doutoramento em biomedicina e a trabalhar como professora na Universitat de Barcelona. Colaborou com o Xplore Health, desenvolvendo workshops de experiências para estudantes e o público em geral no Parc Científic de Barcelona.

Review

A incidência da obesidade está a aumentar a nível mundial. A crescente consciencialização sobre o problema, a alteração dos nosso hábitos alimentares e a investigação acerca de uma predisposição genética, são aspectos que podem contribuir para a sua diminuição.

Este artigo, que explora a investigação recente sobre a genética da obesidade e descreve uma actividade prática sobre este tópico, pode ser utilizado em aulas de biologia acerca de diferentes temas, incluindo educação para a saúde, genética, nutrição, famacogenómica, terapia individualizada correlacionada com a presença de genes específicos, estatísticas relacionadas com a obesidade em diferentes países e a sua ligação à dieta das respectivas populações.

Para além de proporcionar um ponto de partida para uma discussão acerca da obesidade, o artigo pode ser utilizado num projecto sobre nutrição, começando por se registar os IMC dos alunos e relacionando-os com a sua dieta diária (e.g. Krotscheck, 2010). Desta forma, o/a professor/a pode propor hábitos alimentares saudáveis, contribuindo para modificar as atitudes dos alunos.

Questões de compreensão e extensão adequadas incluem:

  1. Existe alguma relação entre genética e obesidade? Se sim, qual?
  2. O que são o fenótipo e o genótipo? Como se relacionam entre si e com o ambiente?
  3. De que forma estão os fenómenos epigenéticos associados com o fenótipo? Estas modificações epigenéticas são herdadas?
  4. Poderá o conhecimento acerca da nossa composição genética ajudar-nos a prevenir a obesidade?
  5. Uma boa nutrição é importante para a saúde. Se o teu IMC estiver fora da gama de valores considerados normais, como poderias alterar os teus hábitos alimentares para o reduzir?

Panagiotis Stasinakis, 4th Lyceum of Zografou, Grécia

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CC-BY-NC-SA