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Alice Botelho Aragão
1 Brazilian Journal of Biomotricity ISSN: Universidade Iguaçu Brasil Katayama Yamada, André; Bertuzzi, Rômulo; Costa Leite, Tiago; Prestes, Jonato; Bueno Junior, Carlos Roberto BIOMOTRICITY ROUNDTABLE-GENÔMICA E FISIOLOGIA MOLECULAR DO EXERCÍCIO E DO ESPORTE Brazilian Journal of Biomotricity, vol. 7, núm. 4, diciembre-, 2013, pp Universidade Iguaçu Itaperuna, Brasil Disponível em: Como citar este artigo Número completo Mais artigos Home da revista no Redalyc Sistema de Informação Científica Rede de Revistas Científicas da América Latina, Caribe, Espanha e Portugal Projeto acadêmico sem fins lucrativos desenvolvido no âmbito da iniciativa Acesso Aberto
2 ORIGINAL PAPER (ARTIGO ORIGINAL) BIOMOTRICITY ROUNDTABLE - GENÔMICA E FISIOLOGIA MOLECULAR DO EXERCÍCIO E DO ESPORTE André Katayama Yamada 1, Rômulo Bertuzzi 2, Tiago Costa Leite 3, Jonato Prestes 4, Carlos Roberto Bueno Junior 5 1- Departamento de Educação Física, UNESP SP, Rio Claro. 2- Departamento de Esporte, Escola de Educação Física e Esporte da USP, Grupo de Estudos em Desempenho Aeróbio Universidade de São Paulo (USP-SP). 3- Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Campus Macaé, Laboratório de Pesquisa e Inovação em Ciências do Esporte, RJ. 4- Departamento de Educação Física, Universidade Católica de Brasília, UCB - DF 5- Núcleo de Estudos em Saúde, Genética e Educação Física Escola de Educação Física e Esporte de Ribeirão Preto USP. Endereço para correspondência: Prof. Ms. André Katayama Yamada Programa de Pós-Graduação em Ciências da Motricidade Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP) Av. 24-A, 1515, Bela Vista CEP: /Tel: (19) Submitted for publication: Jun 2012 Accepted for publication: Jan 2013 RESUMO Yamada, A. K.; Bertuzzi, R.; Leite, T.C.; Prestes, J.; Junior, C.R.B. Biomotricity roundtable - genômica e fisiologia molecular do exercício e do esporte.brazilian Journal of Biomotricity. v. 7, n. 4, p , 2013.O objetivo do Roundtable foi discutir a temática Genômica e Fisiologia Molecular, um campo emergente e relativamente recente dentro da fisiologia do exercício. Para discussão deste cenário científico, foram convidados 10 especialistas, dentre os quais quatro pesquisadores atenderam ao pedido. Foram elaboradas oito questões referentes à genética e biologia molecular aplicadas ao exercício físico e esporte. Depois de respondidas as questões, os pesquisadores recebiam as respostas dos demais participantes no sistema cego para a contra-resposta. Com base na discussão, foram destacados que: 1) Os genes candidatos e as variantes que modulam o desempenho físico vêm sendo aos poucos mapeados, e as atuais ferramentas moleculares são capazes de monitorar o remodelamento tecidual frente ao exercício. 2) Modelos animais permitem manipulações genéticas e farmacológicas mais invasivas e controle mais rigoroso das condições experimentais - no entanto, não mimetizam por completo a fisiologia e o gesto motor humano. 3) O rastreamento de genes inerentes ao desempenho e estudos com terapia gênica permitiram teoricamente se fazer uso do doping genético. 4) Estudos in vitro permitem manipulações de determinada proteína ou inibição por fármacos em um ambiente bem controlado, no entanto, este modelo possui limitações, pois não 182
3 acessa o organismo intacto. 5) A detecção de talentos por genotipagem é promissora mas defronta com complexas questões éticas humanas. 6) A biologia molecular permite entender os mecanismos de ajustes fenotípicos que antes eram somente visualizados em termos fisiológicos. Adicionalmente, as análises de todas as proteínas (proteoma) e genes (genoma), em conjunto com estudos utilizando RNAi e mirna foram iniciadas. 7) A genética ainda não permite uma aplicação direta na educação física, apesar de em breve isso ser possível. 8) O futuro da genômica e biologia molecular se concentrarão nas investigações epigenéticas e nas interações entre os genes e ambientes. Concluindo, a genômica e a biologia molecular serão valiosas ferramentas para a fisiologia do exercício, pois permitirão o entendimento do efeito do exercício de forma mais complexo, o que consequentemente aprimorará a conduta profissional. Palavras chave: exercício físico, esporte, genômica, biologia molecular, mesa redonda. ABSTRACT Yamada, A. K.; Bertuzzi, R.; Leite, T.C.; Prestes, J.; Junior, C.R.B. Biomotricity roundtable - genômica e fisiologia molecular do exercício e do esporte.brazilian Journal of Biomotricity. v. 7, n. 4, p , The objective of the roundtable was to discuss the topic Genomic and Molecular Exercise Physiology, an emergent and recent field in exercise physiology. For the discussion of this scientific scenario, 10 specialists were invited, where among them four responded to the request. Eight questions about genetics and molecular biology were prepared about genetics and molecular biology applied to physical exercise and sports. After answering the questions researchers received the answers of the other participants in a blind system for the rebuttal. Based on the discussion it can be concluded that: 1) the candidate genes and variants that modulate physical performance has been mapped, and the molecular tools are now capable to monitor tissue adaptations in response to exercise. 2) Animal models allow more invasive genetic and pharmacological manipulations and rigorous control of experimental conditions, while there are differences as compared with human physiology. 3) The discovery of candidate genes involved in human performance and studies with gene therapy allowed the possibility to develop gene doping. 4) Studies in vitro allow the manipulation of target proteins or inhibition by drugs in a well-controlled environment, however this model presents limitations as it unable the access of the organism. 5) The detection of talents by genotyping is a promising approach but faces ethic issues. 6) Molecular biology allows the understanding of the mechanisms responsible for phenotypic adaptations, which was exclusively studied at physiological level. Additionally, analysis of whole proteins (proteome) and genes (genome), along with RNAi and mirna studies are under course. 7) Currently genetics does not allow a direct application in physical education, although this will soon be possible. 8) The future of molecular biology and genomics will focus on epigenetic mechanisms and interactions between genes and environment. In conclusion, genomic and molecular biology will be valuable tools for exercise physiology, as they will allow the understanding of the effects of exercise at a more complex level, which will enhance professional conduct. Key words: exercise, sport, genomics, molecular biology, round table. INTRODUÇÃO A descoberta da estrutura de dupla hélice do DNA por Watson e Crick em 1953 foi um marco histórico da ciência, pois é no DNA que se encontra o código universal da origem das espécies. Anos mais tarde, um consórcio particular e público formado por eminentes cientistas, ambiciosamente sequenciaram o Genoma Humano por completo, o que possibilitou ler um por um todos os genes produzidos em cada uma das células (International Human Genome Sequencing Consortium, 2004). Sucessivamente outros feitos na biologia molecular foram realizados, como a clonagem (RHIND et al., 2003), descoberta dos micrornas (LEE e AMBROS, 2001) e a reprodução de uma bactéria, por meio da transferência de uma cópia do DNA artificial produzida em laboratório de uma bactéria conhecida para outra (GIBSON et al., 2010). Já no contexto da fisiologia do exercício e esporte, a biologia molecular teve início com os estudos do professor Frank Booth no final da década de 80 (BOOTH, 1988), que foi o principal responsável por integrar a biologia molecular dentro da educação física. 183
4 Com ferramentas modernas em genômica e biologia molecular, os cientistas hoje são capazes de estudar os mecanismos da plasticidade muscular e, entender porque o treinamento de força induz significativa hipertrofia (BODINE, 2006; PHILP et al., 2011; MIYAZAKI et al., 2011). Neste mesmo cenário, a atrofia muscular induz ativação de genes catabólicos conhecidos que produzem eventos proteolíticos (BONALDO e SANDRI, 2013; WING et al., 2011). Com o emprego da biotecnologia, foi possível desenvolver camundongos knock-out e knock-in para silenciamento ou superexpressão de um determinado gene (CAPECCHI, 1989a, CAPECCHI, 1989b). Assim, pode-se avaliar o papel de um determinado gene ou proteína em resposta ao exercício físico, ou por outras abordagens que modulam a atividade destas moléculas (ROPELLE et al., 2010; ROPELLE et al., 2013). Existem cerca de 200 genes relacionados ao desempenho físico, e variantes nesses genes podem predizer parte do sucesso do atleta em eventos de potência ou endurance (DIAS, 2007). Por outro lado, saber quais genes amplifica o desempenho atlético pode ser o caminho desconhecido para o doping genético, um método artificial de introdução de genes baseados na clássica terapia gênica, mas que poderá impor riscos na saúde dos atletas (ARTIOLI, 2007), bem como ampliar recordes e a capacidade de treinamento. O cenário acima leva os leitores a imaginar que todas as perguntas referentes à temática já foram respondidas. No entanto, referindo-se a genômica e biologia molecular do exercício, este campo de estudo encontra-se na sua infância, e muitas fascinantes descobertas irão ocorrer nos próximos 10 anos. Para discutir um tema complexo e novo na ciência do exercício o Brazilian Journal of Biomotricity propôs uma mesa-redonda estruturada nos exemplos de edições anteriores, e reuniu os maiores especialistas na área para desbravar o assunto. Dos 10 pesquisadores convidados, quatro aceitaram o pedido para responder as perguntas referentes ao tema. Não era obrigatório responder todas as perguntas, e depois de respondidas, as respostas eram encaminhadas para o editor. Após avaliação, cada um dos participantes recebia as respostas dos demais no sistema cego para a contra-resposta que também não era obrigatória. O objetivo deste roundtable foi de discutir o atual estado-da-arte da genômica e fisiologia molecular do exercício, com foco em temas como doping genético, detecção de talentos, métodos de pesquisa, perspectivas futuras, entre outros. 1- Qual o papel da Genômica e Biologia Molecular para a Educação Física? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Possivelmente, a genômica e a biologia molecular estão permitindo aos pesquisadores da Educação Física e das Ciências do Esporte analisarem e compreenderem em um nível microscópico a influência do estresse físico sobre os nossos sistemas fisiológicos (BOOTH et al.,1998). Embora possa parecer um tanto reducionista esse tipo de abordagem oriunda da ciência normal, somente a utilização de técnicas apropriadas é capaz de fornecer informações com um determinado nível de validade interna que nos permite estabelecer uma relação causal do fenômeno observado. Por outro lado, algumas reflexões relevantes têm sido realizadas acerca da aplicação desse tipo de abordagem na Educação Física, sobretudo ao que se refere à fragmentação do conhecimento científico (KOKUBUN, 2003). Todavia, é necessário fazer a devida distinção entre os tipos de pesquisa básica, que pode ser classificada como pura ou inspirada pelo uso. De acordo com Stokes (1997) a pesquisa básica pura pode se definida como atividade teórica ou experimental empreendida primordialmente com o fim de adquirir novos conhecimentos sobre os fundamentos subjacentes aos fenômenos e fatos observáveis. Segundo esse mesmo autor, a pesquisa básica inspirada pelo uso permite a expansão dos conhecimentos fundamentais de uma determinada área do conhecimento, ao mesmo tempo em que objetiva, ao longo prazo, soluções práticas a partir de novos conhecimentos. Um dos principais exemplos que temos da ciência básica inspirada pelo uso foi Louis Pasteur, o qual realizou avanços significativos no campo da microbiologia ao compreender e solucionar o problema da fermentação do álcool de beterraba. Em relação à Educação Física e às Ciências do Esporte, a genômica e a biologia molecular poderão auxiliar na compreensão das adaptações sofridas pelo nosso organismo mediante ao treinamento físico. Isso poderá ajudar na escolha de 184
5 estratégias capazes de maximizarem a intervenção profissional. Por exemplo, tem-se proposto que indivíduos com o genótipo RR do gene responsável pela expressão da isoforma 3 da proteína alfa-actinina (ACTN3), presente exclusivamente nas fibras de contração rápida, são capazes de gerarem mais potência muscular que os indivíduos portadores dos demais genótipos do ACTN3 (EYNON et al., 2009). Além disso, achados prévios demonstraram que indivíduos portadores do genótipo RR do ACTN3 também obtiveram maiores ganhos de força muscular após um programa de treinamento de força quando comparados aos demais grupos (CLARKSON et al., 2005). Caso esses resultados sejam replicados em futuros estudos, eles poderão fornecer importantes informações acerca da estruturação do treinamento físico, especialmente ao que se refere à individualização da sobrecarga do treino de força com base nos diferentes genótipos do ACTN3. Certamente, esse é apenas um de tantos outros exemplos que a genômica e a biologia molecular poderão contribuir para a compreensão e o aprimoramento da intervenção dos profissionais da Educação Física e das Ciências do Esporte. Carlos Roberto Bueno Júnior - A genômica e a biologia molecular apresentam uma série de relações com a Educação Física, como o doping genético, a terapia gênica e a seleção de talentos esportivos por meio de sequenciamento do DNA. Além disso, por meio de técnicas de biologia molecular relacionadas à genômica é possível determinar o sexo nas competições esportivas e tornar mais eficiente o tratamento de doenças e o treinamento físico por meio de análises moleculares que avaliem os efeitos destas intervenções e considerem a sequência de DNA do indivíduo - trata-se da prescrição geneticamente personalizada (OLIVEIRA et al., 2003; MARQUES-LOPES et al., 2004; ARTIOLI et al., 2007; BUENO JUNIOR e PEREIRA, 2010; BUENO JUNIOR, 2011). Tiago Costa Leite - A genética tem revolucionado todas as áreas do conhecimento na Educação Física a situação não é diferente. Entretanto, dentre todas as competências e possibilidades de campo de atuação do profissional de Educação Física destaco para esta questão os que atuam com atletas de alto rendimento. O Brasil e mais especificamente o Rio de Janeiro vivem um momento único no esporte. Em pouco tempo o Rio de Janeiro sediou e irá sediar eventos esportivos importantes no cenário mundial como os Jogos Mundiais Militares (2011), a Copa das Confederações (2013), Copa do Mundo de futebol (2014), os Jogos Olímpicos e Para-Olímpicos (2016). Em comum todos esses eventos possuem atletas de alto rendimento que para tal necessitam desempenhar a melhor performance possível nestes eventos, o que envolve, a genética, o treinamento e a nutrição. Para atingir tais resultados de excelência temos que ter a ciência do exercício ao nosso lado. Apenas talento não basta! A ciência pode ser a diferença entre a medalha de ouro e a de prata... O treinamento físico envolve todo o planejamento das manipulações de sobrecargas e do descanso a serem aplicadas (RONNESTAD et al., 2012; MUJIKA, 2010). A interação estímulodescanso é influenciada por diversos fatores que, na maioria das vezes, são controlados através da experiência e da percepção de cada profissional da equipe multidisciplinar envolvida, devendo ser ajustada da melhor forma possível para que o indivíduo sempre esteja tendo adaptações favoráveis que promovam a performance. Nesse sentido, o monitoramento do treinamento e de todas as suas variáveis intervenientes é de extrema importância para que o indivíduo não entre no estado de subtreinamento tão pouco entre em um quadro conhecido como overtraining, caracterizada por redução da performance, insônia, alteração no humor, aumentos da temperatura, frequência cardíaca e pressão arterial basal, irritabilidade, fadiga, imunossupressão e maior índice de lesões (URHAUSEN et al., 1995; ANGELI et al., 2010). Dessa forma a manipulação das sobrecargas de treinamento utilizada pelos técnicos/ preparadores físicos é de fundamental importância para que realizem o controle adequado dos estímulos aplicados evitando o subtreinamento ou overtraining. Além das variáveis fisiológicas (ex. capacidade máxima de consumo de oxigênio, VO2máx) os exames bioquímicos e hematológicos (sangue, saliva, suor, urina) podem ser utilizados para o monitoramento das sobrecargas no âmbito do treinamento físico podendo-se destacar a mensuração plasmática de glicose, corpos cetônicos, amônia, lactato, séries vermelha e branca, hormônios (ex., cortisol, testosterona, GH, IGF e catecolaminas), proteínas (ex., creatina cinase e lactato desidrogenase) 185
6 dentre outros (DAVIDSON et al., 2009). O acompanhamento individualizado desses e outros marcadores permite compreender individualmente qual o efeito real que uma determinada sobrecarga de treinamento está exercendo sobre o seu organismo. Nesse contexto eu insiro a importância da biologia molecular. A biologia molecular é o estudo da biologia em nível molecular com interface com a bioquimica e a genética. Apesar de olharmos o atleta como um organismo as adaptações agudas e crônicas decorrentes ao treinamento ocorrem essencialmente no nível celular/molecular (EGAN & ZIERATH, 2012; EHLERT et al., 2013; BRAY, 2000). Com as diversas técnicas empregadas na biologia molecular podemos investigar as diversas interações nos sistemas celulares. Acredito que a biologia molecular em pouco tempo terá um papel de destaque na ciência do exercício. No futuro, com a elucidação dos genes que são responsáveis pela melhor performance em um desporto específico, poderemos traçar o genoma de uma criança e descobrir qual o desporto que o seu potencial genético lhe favorece (biologia molecular impactando na pré-seleção e na seleção de talentos esportivos!). Que tipo de treinamento estimula preferencialmente os genes que promoverão o melhor rendimento atlético? Quantas séries? Repetições? Intervalo de descanso? Volume total de treino? Essas e outras variáveis poderão ser elucidadas. Quando esse momento chegar a aplicação das técnicas da biologia molecular visando a compreensão de todas as nuances do rendimento físico contribuirão e municiarão os profissionais envolvidos com informações que possam nortear as estratégias de treinamento e nutrição do atleta em questão. Infelizmente outros poderão utilizar deste conhecimento e tentar melhorar a performance por alterar um ou mais genes o que caracterizaria o doping genético. Jonato Prestes - A genética é um ramo da Biologia responsável pelo estudo da hereditariedade e variação em organismos ou simples traços biológicos que podem ser passados dos pais para os filhos. O material genético é composto pelo DNA e os genes são a unidade básica da hereditariedade. A genômica, por sua vez, examina a informação hereditária de um organismo que está codificada em seu DNA. De acordo com Kostek, Hubal e Pescatello (2007) a genômica do exercício estuda os mecanismos moleculares e o efeito combinado da genética e fatores ambientais no desempenho durante o exercício. A genômica e a biologia molecular podem auxiliar no entendimento de mecanismos causadores de adaptações ao treinamento, bem como auxiliar no entendimento das diferentes repostas orgânicas dos indivíduos a determinados protocolos de treinamento. Adicionalmente, já que o exercício regula a expressão de genes que codificam várias enzimas em diversos tecidos, esta área de pesquisa ajudará a clarificar aspectos da fisiologia humana, como o padrão de regulação do RNA e das proteínas em circunstâncias específicas (BOLSTER et al., 2003; FLUCK e HOPPELER, 2003). Considerando este prisma, no futuro poderemos modular a dose-resposta de treinamento também considerando fatores genéticos. 2- Quais as vantagens e desvantagens do uso entre animais e seres humanos nos estudos envolvendo genômica e biologia molecular aplicada ao exercício? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Além de ter acesso aos tecidos que não são factíveis em seres humanos, os estudos com animais permitem a manipulação de variáveis que não são possíveis de serem realizadas de outra maneira. Em relação à maximização do desempenho físico por manipulação genética, talvez o caso mais famoso tenha sido do estudo realizado em camundongo e denominado Born to Run. Hanson e Hakimi (2008) superexpressaram geneticamente a enzima fosfoenolpiruvato caboxiquinase (PEPCK), que participa no processo de oxidação de carboidratos catalisando a conversão do oxaloacetato em fosfoenolpiruvato. Foi observado que o animal transgênico tinha uma maior capacidade física, maior longevidade e baixa gordura corporal quando comparado com o animal controle (AZZAZY et al., 2009). Além disso, ele foi capaz de percorrer a distância de 4,9 km, ao passo que o animal controle percorreu apenas 200 m! Inclusive, o vídeo desse experimento pode ser apreciado na internet (http://www.youtube.com/watch?v=yysnrlybz8i). Por outro lado, estudos com animais não permitem uma aplicação direta para uma situação real. O próprio caso do estudo Born to Run nos 186
7 apresenta um exemplo da dificuldade de se transferir esses achados para o desempenho esportivo, haja vista que o camundongo do estudo de Hanson e Hakimi (2008) também desenvolveu efeitos colaterais deletérios a saúde humana, tais como a resistência a insulina, altos níveis de hiperatividade e de agressividade (AZZAZY et al, 2009). Carlos Roberto Bueno Júnior - As vantagens da utilização de animais têm relação com: o menor custo das pesquisas, a possibilidade de realizar estudos mais invasivos, e o fato de ser possível manipular a expressão gênica em modelos murinos, de modo a aumentar ou diminuir especificamente a quantidade de determinada proteína - atualmente há inclusive sistemas de expressão gênica condicionais, nos quais o pesquisador pode controlar a transcrição temporalmente e de forma específica para cada tecido. No entanto, muitas vezes a variação na expressão gênica nestes modelos é muito intensa e não representa o que acontece com os seres humanos. Vários pesquisadores utilizam modelos animais que desenvolvem obesidade, por exemplo, devido à alteração na expressão de um único gene, o que é consideravelmente raro em seres humanos. Portanto, provavelmente seria mais fidedigno analisar os efeitos do treinamento físico em animais que desenvolvem obesidade devido à ingestão de alimentos com alta densidade energética (MANIS et al., 2007; PAULINO et al., 2010). Outro ponto positivo da utilização de modelos experimentais se baseia no fato de que o tempo de vida dos animais utilizados em experimentação é bem menor do que a expectativa de vida humana, o que faz com que se gaste menos tempo para conhecer os efeitos crônicos das intervenções. Por outro lado, nem sempre os resultados encontrados em modelos animais são os mesmos encontrados em humanos Também é válido ressaltar que em muitas situações, torna-se inviável mimetizar as atividades físicas em modelos animais, como comparar os efeitos de diferentes exercícios de força, equilíbrio ou alongamento (MISRA et al., 2001). Tiago Costa Leite - Em um modelo animal utiliza-se durante a pesquisa um animal não-humano, vivo. Embora não entre aqui na discussão sobre aspectos éticos da experimentação animal posso dizer que a possibilidade de generalização dos conhecimentos obtidos em animais não deve justificar todo e qualquer experimento (MCGONIGLE & RUGGERI., 2013). Dentre as desvantagens dos estudos com modelo animal posso destacar as diferenças anatômicas, fisiológicas, bioquímicas, metabólicas (animais de laboratório são em geral menores do que os humanos e, com isso, têm um metabolismo mais acelerado ), no padrão de alimentação dentre outros que resultam, por exemplo, na não correspondência na absorção, distribuição e metabolismo de substâncias administradas. Dependendo do que se pretende pesquisar essas diferenças terão maior ou menor impacto quando discutirmos/extrapolarmos os resultados para os seres humanos (CASE, 2006; MESTAS e HUGH et al., 2004). Além disso, protocolos de exercício físico que envolvam modelos animais, por vezes não consegue mimetizar a realidade dos exercícios envolvendo seres humanos (ex., modelos animais para exercícios contra-resistência), sendo mais um fator dificultador para a interpretação dos resultados obtidos com modelos animais (LOWE e ALWAY, 2002). Nem todos os conhecimentos gerados em modelos animais são plenamente transponíveis ao ser humano. Dentre as vantagens deste modelo posso citar que apesar das diferenças metabólicas entre os modelos animas e humanos a utilização do primeiro permite intervenções mais invasivas que não seriam viáveis em modelos humanos. Por exemplo, o estudo e a compreensão detalhada das diferentes regulações das principais vias metabólicas solicitadas em um determinado esforço podem ser mais bem avaliados em modelos animais. Outro ponto que pode ser considerado é que as condições de laboratório são mais controladas (alimentação, exercício etc.) do que na vida humana. Dessa forma pode-se avaliar com melhor clareza se determina resposta ao exercício ou suplementação nutricional realmente ocorreu ou não em função da variável estudada (KOCH et al., 2012). 187
8 Jonato Prestes - As desvantagens dos estudos com animais estão principalmente associadas as diferenças metabólicas de alguns sistemas fisiológicos e os protocolos de treinamento. Neste sentido, pode-se destacar as diferenças significativas da sinalização intracelular que induz a síntese proteica como resultado da alimentação e treinamento de força em humanos comparado a modelos animais (KIMBALL et al., 2002; BOLSTER et al., 2004). Vale ressaltar que a magnitude o padrão temporal de ativação da síntese proteica em roedores são marcadamente diferentes comparados a seres humanos (PHILLIPS, 2009). Em contrapartida, em modelos animais o controle das condições experimentais são mais rígidos e proporcionam uma grande confiabilidade dos resultados. Ademais, alguns tipos de intervenções cirúrgicas, tecidos a serem analisados e uso de ensaios farmacológicos são inicialmente possíveis apenas em modelos animais. A similaridade dos tipos de treinamento e a avaliação precisa das cargas de treinamento, por exemplo, determinação do limiar de lactato, são importantes aspectos a serem considerados, para que os estudos com modelos animais possam ter maior aplicabilidade e transferência. Como exemplo, cito a minha pesquisa de doutorado, na qual foi utilizado o modelo experimental em ratas ovariectomizadas (remoção dos ovários) que teve como vantagem uma análise mais invasiva e, portanto, mais aprofundada do metabolismo intermediário, remodelamento de tendões, músculos e osso, bem como a liberação de neurotransmissores em diferentes áreas do encéfalo (PRESTES et al., 2009). No entanto, foi preocupação do laboratório estabelecer relações entre a pesquisa básica e a aplicada, deste modo, foi desenvolvido um estudo em paralelo dos marcadores inflamatórios sistêmicos que também podem influenciar o remodelamento muscular frente ao treinamento de força em mulheres idosas na menopausa (PRESTES et al., 2009). 3- O avanço da biotecnologia no campo das ciências médicas levou a possibilidades de amplificar o desempenho físico de forma artificial? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Talvez o doping genético seja a forma artificial de ampliar o desempenho esportivo que tem mais chamado a atenção da comunidade científica na atualidade. O primeiro relato científico de mutação genética capaz de favorecer o desempenho esportivo em humanos foi o do esquiador cross-country Eero Mäntyranta na década de 1960, na Finlândia. Apesar de não ter sido muito adepto do treinamento físico planejado, Mäntyranta conquistou ao longo de sua carreira 5 medalhas de ouro (3 em jogos Olímpicos e 2 em mundiais), 4 medalhas de prata (2 em jogos Olímpicos e 2 em mundiais) e 3 medalhas de bronze (2 em jogos Olímpicos e 1 em mundiais). Entretanto, as suas glórias foram questionadas devido à acusação de doping, haja vista que ele era capaz de produzir cerca 25-50% mais hemoglobinas que um sujeito normal (BOOTH et al., 1998). Contudo, demonstrou-se posteriormente que os demais membros da família Mäntyranta também possuíam uma mutação genética natural nos receptores de eritropoetina (EPO-R) que resultava em uma produção elevada de hemoglobina e, conseqüentemente, no transporte de O2 (BOOTH et al., 1998). Isso indica que mutações genéticas podem, de fato, influenciar positivamente o rendimento esportivo. Como os genes artificialmente sintetizados podem ser introduzidos diretamente no DNA humano com a finalidade de terapia gênica (SHARP, 2010), tem-se especulado sobre a possibilidade de doping genético no ambiente esportivo. Inclusive, em 2004 a agência mundial antidoping (WADA) se manifestou contra as práticas não terapêuticas com uso de genes, elementos genéticos e/ou células, que têm a capacidade de melhorar o desempenho. De qualquer maneira, é provável que ainda não seja possível realizar o doping genético devido aos sérios efeitos colaterais das técnicas atualmente disponíveis, tais como o desenvolvimento de câncer, a reação auto-imune severa e a reação do vírus carreador do gene artificialmente sintetizado (SHARP, 2010). Portanto, o doping genético poderia proporcionar mais riscos do que benefícios aos atletas que pretendem fazer uso dessa técnica para se favorecerem em seus respectivos esportes. 188
9 Carlos Roberto Bueno Júnior - Certamente o avanço da biotecnologia gerou a possibilidades de aumentar o desempenho físico por meio de doping genético, acompanhamento dos efeitos de diferentes intervenções por exames moleculares/celulares e seleção de talentos por análises de características genéticas. Apesar da maioria das pessoas terem a impressão que tais estratégias ainda não são utilizadas, elas já são comuns no esporte de alto rendimento, pois até 2007, por exemplo, mais de mil ensaios clínicos com terapia gênica já haviam sido concluídos - e o princípio do doping genético é exatamente o mesmo (FLOTTE et al., 2007; BOUCHARD et al., 2011). Evidentemente, os atletas que utilizam tais estratégias não vão divulgá-las - e até o momento não há nenhum exame antidoping genético (BUENO JUNIOR & PEREIRA, 2010). No esporte de alto rendimento, outro fator que estimula a busca pela promoção de alterações genéticas é a conclusão de estudos recentes de que o fator que determina o limite de desempenho do atleta é sua genética - o treinamento físico e os outros fatores ambientais são apenas as ferramentas para que o potencial genético seja evidenciado (TUCKER e COLLINS, 2012). Várias pessoas defendem que o doping genético seja banido do Esporte porque coloca a saúde dos atletas em risco, além de favorecer os países mais desenvolvidos. Partindo destes pressupostos, deixo duas questões para reflexão e discussão: Os países mais desenvolvidos já não são favorecidos por terem uma melhor estrutura para a formação e o treinamento de atletas? Doping genético gera risco considerável à saúde? Tiago Costa Leite - A biotecnologia moderna se considera aquela que faz uso da informação genética, incorporando técnicas de DNA recombinante combinando disciplinas tais como genética, biologia celular e molecular e bioquímica. Nesse sentido, alguns grupos vêm demonstrando que é possível sim, ao menos em modelos animais, incrementar o desempenho físico, mesmo na ausência de treinamento, ao alterar/manipular a atividade/expressão de uma ou mais enzimas/receptores/genes. Dessa forma podemos dizer que a ciência já demonstrou possibilidades de aumento da performance de forma artificial. Talvez os exemplos mais expressivos neste tema sejam os experimentos que envolveram a miostatina, a família dos PPAR s (Peroxissome Proliferator-actived Receptor - Receptores Ativadores da Proliferação de Peroxissomo), a enzima fosfoenolpiruvato cinase citosólica (PEPCK) e o PGC1alfa (PPAR coactivator-1) (CALVO et al., 2008). A miostatina ou GDF8 (Growth Differentiation Factor 8 Fator de Crescimento e diferenciação 8) é um dos principais moduladores negativos da hipertrofia muscular descritos. A sua menor expressão e/ou uma maior expressão do seu inibidor, por exemplo, a proteína folistatina, poderiam induzir ao ganho de massa muscular. Outra possibilidade, seria induzir a inibição da síntese do receptor da miostatina, o ActRIIb. (MCPHERRON et al., 1997; LEE e MCPHERRON, 2001). Estes resultados nos permitem hipotetizar que a inibição da miostatina em humanos cursaria com a melhora de performance em eventos que envolvam majoritariamente força e potência muscular. A família dos PPAR s atuam como fatores de transcrição de genes envolvidos no metabolismo de carboidratos e lipídeos. A hiperexpressão do PPAR-δ (PPAR isoforma delta) em cobaias induziu melhor rendimento de endurance sem treinamento prévio. Os camundongos que hiperexpressavam o PPAR-δ conseguiram correr por cerca de 1hora a mais quando comparado aos animais controle. Obtiveram também maior biogênese mitocondrial, síntese de mioglobina e conversão da fibra esquelética tipo II para o tipo I (WANG et al., 2004). Esses animais posteriormente foram denominados de rato maratona. A modulação da enzima PEPCK nos traz resultados semelhantes (PARVIN et al., 2007). Outra possibilidade neste campo da biotecnologia é permitir uma recuperação mais rápida e eficiente do atleta seja (I) entre os treinos e competições ou (II) após lesões osteomioarticulares. Esta estratégia indiretamente também cursaria com o incremento da performance. Nesse cenário outra polêmica acerca da utilização da terapia gênica em atletas emergiria: até que ponto a utilização dessa técnica em atletas, com o intuito de recuperar uma lesão mais rapidamente, seria considerado doping? Nesse caso, existe uma linha tênue entre a utilização da terapia genética 189
10 para fins terapêuticos ou com o intuito de melhorar o rendimento do atleta (ARTIOLI et al., 2007; DIAS, 2011). Jonato Prestes - Sim. Muito se comenta sobre o doping genético ou celular, sendo assim, para um melhor entendimento deste assunto utilizaremos a definição da WADA (World Anti-Doping Agency - Agência Mundial Anti-Doping): uso não terapêutico de genes, elementos genéticos e/ou células que possuem a capacidade de aumentar o desempenho. Inicialmente algumas terapias gênicas foram utilizadas para tratar doenças, como foi o caso do uso da Eritropoetina (aumenta a quantidade de glóbulos vermelhos) na anemia. Outra ferramenta terapêutica promissora é a manipulação genética do fator ativado por hipóxia (HIF) em condições patológicas caracterizadas pela alteração no metabolismo oxidativo, como o câncer, inflamação e infarto do miocárdio, mas que também pode representar um alvo potencial para o doping genético. Podemos citar também o bloqueio da Miostatina voltado para aumentar a massa muscular e a força (YAMADA et al., 2012; FISCHETTO & BERMON, 2013; VAN DER GRONDE et al., 2013; GOULD, 2013). No entanto, o desejo de aumentar o desempenho levou atletas a utilizarem estas substâncias de forma inadequada e indiscriminada. Por conseguinte, a transferência de genes virtualmente idênticos a aqueles naturalmente presentes no genoma humano podem superar o problema do teste anti-doping positivo, tornando o doping genético praticamente indetectável por técnicas laboratoriais tradicionais. Neste contexto, os testes genéticos podem ser uteis para o anti-doping. De acordo com Lippi, Longo e Maffulli (2010), estabelecer o perfil genético de atletas jovens poderia prevenir o uso rotineiro da transferência gênica, já que qualquer desvio do padrão seria inquestionavelmente interpretado como patologia ou doping. Adicionalmente, a identificação de polimorfismos associados com a variabilidade no metabolismo de hormônios e proteínas aumentaria a eficiência do diagnóstico (KOHLER et al., 2011; MOSER et al., 2012; BOGANI et al., 2011). 4 - Quais as diferenças entre estudos in vivo e in vitro na fisiologia molecular do exercício? Rômulo de Cássio Bertuzzi - A principal vantagem de se realizar estudos in vitro na fisiologia molecular do exercício é a capacidade de se aprofundar nos mecanismos que envolvem uma determinada adaptação. Embora seja pouco comum em nosso país, pesquisadores internacionalmente renomados têm buscado diferentes níveis de análises para investigar as variáveis responsáveis pelos ganhos do rendimento esportivo. Por exemplo, pesquisadores australianos têm utilizado abordagens tanto in vivo (BISHOP et al., 2004) como in vitro (BISHOP et al., 2009) para compreender as adaptações na capacidade de tamponamento muscular. Esse exemplo nos mostra que é possível um mesmo grupo de pesquisa desenvolver simultaneamente estudos aplicados e de pesquisa básica inspirado pelo uso. Isso certamente permite os envolvidos nesses trabalhos avançarem no conhecimento científico na fisiologia molecular do exercício tanto no sentido vertical (mecanismos) como horizontal (aplicação). Carlos Roberto Bueno Júnior - Há uma série de diferenças entre os estudos in vivo e in vitro, responsáveis por explicar as divergências entre os resultados encontrados pelas duas abordagens experimentais: tensões aplicadas nas células, interações com outras células, moléculas que entram em contato com as células (tipos e concentrações) e estrutura de suporte das células. Por isso é comum, por exemplo, ser discutido se a concentração de determinada no ambiente in vivo é similar às concentrações encontradas in vivo ( concentrações fisiológicas ). É válido ressaltar que os sistemas in vivo são cada vez mais sofisticados - em relação ao tecido muscular, por exemplo, o desafio atual é incorporar de forma eficiente estímulos elétricos às células em cultura (PASSEY et al, 2011; YAMADA et al, 2012). 190
11 Ambas as estratégias apresentam vantagens e desvantagens. A possibilidade de controlar uma série de variáveis in vivo é difícil. Por outro lado, se o objetivo do estudo é analisar o metabolismo energético mitocondrial durante a atividade física, por exemplo, in vivo é possível analisar diferentes tipos de fibras musculares, o estado nutricional e a intensidade e o tipo da atividade física (MENZIES et al., 2012). Tiago Costa Leite - Nos estudos in vitro pode-se utilizar componentes de um organismo que tenha sido isolado a fim de permitir uma análise mais detalhada ou mais conveniente do que poderia ser feito com organismos inteiros (MATHER, 2012; DEY e CHANDRASEKARAN, 2009). Ademais pode-se utilizar nos ensaios cultura de células e tecidos ou componentes subcelulares (ex., mitocôndria, núcleo etc.) ou até mesmo moléculas purificadas (proteínas, DNA, RNA etc.). Os organismos vivos, principalmente os multicelulares, são sistemas funcionais extremamente complexos que são compostas de, no mínimo, dezenas de milhares de genes, moléculas de proteínas, moléculas de RNA, pequenos compostos orgânicos e inorgânicos em um ambiente que é delimitado por membranas. Ensaios que utilizem organismos intactos são ditos ensaios in vivo e são de grande relevância quando queremos compreender o padrão de resposta fisiológica frente a uma determina variável que se pretende estudar (SANDRI et al., 2013; WOLDT et al., 2013). Por outro lado, poderíamos considerar que a elevada complexidade dos organismos vivos é uma grande barreira para a identificação de componentes individuais e para a exploração das funções biológicas básicas. Nesse sentido talvez a principal vantagem dos trabalhos in vitro é que eles permitem um nível enorme de simplificação do sistema em estudo, de modo que o investigador pode incidir sobre um pequeno número de componentes. Por exemplo, a elucidação completa do mecanismo de contração muscular só foi possível com os ensaios in vitro (CAPUTO, 1972; ). Por outro lado, a principal desvantagem dos ensaios experimentais in vitro seja a extrapolação direta dos seus resultados para o modelo muito mais complexo que é o modelo do organismo intacto, in vivo. Esse é um ponto que particularmente me incomoda muito. Por exemplo, ao estudar vias de sinalização para a hipertrofia do músculo esquelético alguns pesquisadores utilizam leucina em cultura de células (miócitos, C2C12) e avaliam o grau de fosforilação de uma ou mais proteínas envolvidas no processo (ATHERTON et al., 2010). A partir deste ponto vêm a indústria de suplementos esportivos com todo o marketing envolta e vende um produto a base de leucina na sua composição com o objetivo de ganho de massa muscular pelo o usuário. É sabido que o processo de hipertrofia muscular é multifatorial e a administração de um nutriente isolado teria pouco impacto no resultado final (SCHOENFELD, 2010). Enfim ambos os ensaios, in vitro e in vivo, possuem a sua relevância e são convergentes. A escolha de um método em detrimento do outro deve levar em consideração qual a pergunta que se quer responder e, claro, as possibilidades logísticas/financeiras do laboratório. Jonato Prestes - Os experimentos in vitro investigam os processos biológicos que ocorrem fora dos sistemas vivos (in vivo), no ambiente controlado e fechado de um laboratório. Uma questão primordial dos estudos in vitro é que a interação entre várias substâncias presentes na situação in vivo está ausente, o que pode vezes produz resultados contraditórios. A investigação de bloqueios farmacológicos e determinação de mecanismos específicos são muito interessantes na condição in vitro, especialmente devido a rígido controle das condições experimentais. No entanto, a tais resultados devem ser analisados criticamente e devem considerar a ausência de algumas interações fisiológicas presentes na condição in vivo. Por exemplo, os fatores sanguíneos responsáveis pela hipotensão após o exercício são múltiplos, sendo alguns interdependentes, o que limita a análise de um fator in vitro a aquela condição experimental (HISCOCK e PEDERSEN, 2002). 191
12 5 - Com o uso do rastreamento de genes candidatos será possível o uso de tal abordagem para detecção de talentos? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Ao que tudo indica alguns países desenvolvidos já utilizam análises de polimorfismos genéticos no processo de detecção e promoção de talentos (BRUTSAERT e PARRA, 2009). Inclusive, atualmente é possível se comercializar pela internet kits capazes de fazerem essas análises (WILLIAMS e WACKERHAGE, 2009). Porém, elas não são aplicadas de forma isolada nos grandes centros de treinamento e avaliação, dada a complexidade do rendimento esportivo. Elas são empregadas em conjunto com outros testes motores tradicionalmente utilizados na detecção de talentos. A idéia central é obter um maior número de informações possíveis para maximizar todo o processo. Todavia, como essa temática envolve a participação de crianças e adolescentes, a forma pela qual esses resultados são analisados tem sido uma das principais preocupações do ponto de vista da ética. Isso se deve a possibilidade de exclusão das crianças das atividades esportivas com base apenas na análise de polimorfismos genéticos (TRENT e WACKERHAGE, 2009). Assim, corre-se o risco das análises genéticas tornarem-se erroneamente mais um agente de exclusão social. Por outro lado, cabe destacar que não devemos polemizar acentuadamente essa questão, haja vista que o próprio período de formação do atleta de alto rendimento pode ser considerado um processo de seleção natural, no qual os mais aptos são designados para uma determinada modalidade esportiva. Carlos Roberto Bueno Júnior - Certamente, e tal estratégia já tem sido utilizada em países desenvolvidos. No Brasil, recentemente também foi lançado o projeto Atletas do Futuro, liderado pelo Prof. Dr. João Bosco Pesquero (UNIFESP), que tem como objetivo criar um bando de dados genômicos e proteômicos de atletas brasileiros. O procedimento consiste em realizar o sequenciamento do DNA dos atletas que se destacam em cada modalidade, que depois é comparado com o de crianças e adolescentes. É válido ressaltar que há alguns anos acreditavase que a detecção de talentos por meio do DNA só seria possível para habilidades motoras fechadas, mas hoje já é conhecido que é possível predizer não apenas fatores sensório-motores, mas até mesmo características espirituais e as interações sociais (BACHNER-MELMAN et al., 2005; HILL et al., 2010). Um fator limitante para o sequenciamento genético é o custo da técnica, No entanto, o avanço tecnológico tem permitido reduções drásticas nos custos - de cerca de 60 mil dólares em 2008 para cerca de mil dólares atualmente (uma técnica moderna de sequenciamento é a translocação do DNA através de nanoporos no grafeno) (SCHNEIDER et al., 2010). Tiago Costa Leite - A genética é um dos componentes que determinam a performance final de determinado atleta podendo definir quem vai ser o campeão e quem vai chegar sempre em segundo lugar. Essas características intrínsecas individuais (a não ser que possua um gêmeo univitelino), com certeza contribuem para o sucesso em um determinado desporto. Essa estratégia já vem sendo utilizada em grandes centros esportivos e pode ser de grande valia, pois se conseguirmos identificar um perfil genético em determinada criança compatível com o padrão genético de campeões olímpicos e mundiais podemos assumir que esta criança tem potencial para ser um futuro campeão (ROTH, 2012). Eu acredito que a influência do genótipo na performance final seja mais pronunciada em esportes individuais do que em esportes coletivos. Nesse sentido, a análise do genótipo pode ser mais uma ferramenta empregada na busca por talentos natos para o esporte de alto nível ao permitir que identifiquemos genes considerados marcadores da performance física. Embora este tema seja altamente complexo alguns genes vêm sendo descritos como correlacionados com a performance. Apenas para exemplificar, a variação da enzima conversora de angiotensina (ECA-I), vem sendo correlacionada com um melhor desempenho em modalidades que dependem da resistência cardiorrespiratória em relação à variação ECA-D. Outros que potencialmente também estão correlacionados com a performance poderiam ser citados como a miostatina, folistatina (inibidor da miostatina), PPAR, PGC-1alfa, 192
13 PEPCK, eritropoietina, VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor Fator de crescimento do endotélio vascular), IGF-I (Insulin-like Growth Factor I Fator de Crescimento semelhante a insulina), MGF (Mechano Growth Factor Fator de crescimento mecânico) e GH (Growth Hormone - Hormônio de Crescimento) (MCKANNA e TORIELLO, 2010; OSTRANDER et al., 2009) Apesar do exposto acima acho que a seleção de talentos pela análise genética, apesar de promissor, ainda tem um longo caminho a percorrer. É fundamental que antes de qualquer análise identifique-se os genes envolvidos com a performance de determinado desporto bem como as suas interações. No meu entender ainda falta muito para chegarmos neste ponto de compreensão. Deve ser ressaltado que a performance também é dependente de características mentais como a motivação, concentração, competitividade, capacidade de superar a dor, fadiga, cansaço dentre outros. Além disso, fatores que independem da genética como o técnico, facilidades de treinamento, equipamento, nutrição e suporte familiar também são contribuintes importantes para o sucesso ou não do atleta ao longo da sua carreira desportiva. Como o resultado final depende de vários fatores não podemos colocar tudo na conta da genética, não podemos garantir que determinada criança com perfil genético favorável alcance o mais alto nível. O gene sozinho não pode criar um atleta vencedor. Nessa perspectiva, a seleção de talentos por meio de análise do genoma abre mais uma perspectiva para o desenvolvimento de super atletas, embora não deva ser a única ferramenta para tal. Ao menos no plano teórico já é possível saber se uma determinada criança possui um potencial genético para corridas de explosão ou de resistência, por exemplo. Para isso basta uma amostra de sangue. Talvez o lado mais sombrio de todo esse contexto é impedirmos o sonho de uma criança de ser atleta de alto nível, pois dizemos para ela aos 5 anos de idade que ela não possui o perfil genético para ser um campeão (BROOKS e TARINI, 2011). Algo do tipo: os genes que herdou dos seus pais não prestam. Por isso chamo a atenção que mesmo que tais técnicas fiquem disponíveis para serem utilizadas não devem ser utilizadas antes de aprofundarmos o tema e discutirmos os aspectos éticos que envolvem essa questão. Nesse cenário as famosas peneiras do futebol entrariam em extinção, pois os atletas mirins seriam selecionados com uma gota de sangue... Alguém se arriscaria dizer que o Usain Bolt, considerado por muitos jornalistas e analistas esportivos como o maior velocista de todos os tempos como não tendo o perfil genético/antropométrico para os corredores de 100 e 200m rasos? Este atleta de certa forma quebrou um paradigma pois ele não possui exatamente o perfil fisico de um velocista. Alguém diria que o Maradona ou o Messi são pequenos para jogar futebol? Acho que vale a reflexão. Outro contexto seria a criação de super atletas em laboratório. Poderia haver uma pré-seleção de embriões com o padrão genético desejado ou até mesmo uma indústria/empresa que venda para os pais uma possibilidade do seu futuro filho(a) ser um super atleta confeccionado em laboratório por manipulações genéticas enquanto ainda era um embrião. A terapia genética neste sentido envolveria todo um questionamento ético, religioso e político (WERTZ, 2002). Jonato Prestes - Gordon et al., (2005) comentam que a área dos testes genéticos em condições não patológicas está em expansão. Novas técnicas genéticas mais baratas e disponíveis ao público em geral estão se tornando uma realidade, ao passo que, já existem empresas que oferecem testes genéticos com informações sobre o estilo de vida e o desempenho físico. No entanto, é importante estabelecer ressalvas éticas e práticas, de modo que, a tradução de um genótipo muscular para o fenótipo de campeão ainda sofre influencia ambiental, psicológica e sociológica (LIPPI et al., 2009). Adicionalmente, como o resultado de um atleta é multifatorial, genes relacionados a aspectos psicológicos associados a concentração e motivação devem ser estudados com mais profundidade. Por conseguinte, a chance real de um atleta apresentar o arranjo perfeito de todos os polimorfismos ótimos para o desempenho é baixa. Ademais, a descoberta de novos variantes associados com a performance esportiva tende a aumentar, diminuindo mais ainda as probabilidades estatísticas de relevância. No entanto, esta é mais uma questão ética do que prática. Atletas de elite não exibem diferenças tão importantes em diversos polimorfismos 193
14 comparado a população geral, mas carreiam simplesmente mais alelos positivos do que a população, sendo hipoteticamente identificados utilizando este conhecimento (LIPPI et al., 2009). Certamente as técnicas genéticas podem auxiliar na detecção de talentos esportivos e direcionamentos para modalidades esportivas, bem como prevenir problemas de saúde, inclusive associados a prática de esportes. No entanto, uma criança sem um potencial genético deve ser desestimulada a prática daquele esporte, mesmo sem pretensões de chegar a elite? Como o conhecimento destes polimorfismos afetarão o indivíduo testado? São questões importantes a serem consideradas dentro deste paradigma. 6 - A ciência não é linear, e dessa forma vários paradigmas foram quebrados. Quais foram as principais mudanças de paradigma nos últimos anos para a biologia molecular e genômica? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Embora a produção do conhecimento científico tenha realmente aumentado expressivamente nos últimos anos, ao meu entender, não houve grandes mudanças de paradigmas ao que se refere à aplicação dos conceitos da biologia molecular e da genômica na Educação Física e no Esporte (PÉRUSSE et al., 2003). As mudanças têm acontecido de uma maneira paulatina e no sentido de compreender os mecanismos responsáveis pelas adaptações mediante ao treinamento físico. Por exemplo, há muito tempo se sabe que o treinamento predominantemente aeróbio induz ao aumento do tamanho e do número de mitocôndrias. Achados mais recentes indicaram que o aumento da PGC-1α, o qual tem sido referido como um importante coativador de fatores transcricionais, está associado à elevação da biogênese mitocondrial no músculo esquelético de humanos (LITTLE et al., 2010). Nesse exemplo, podemos observar que o paradigma referente à importância das adaptações periféricas para o desempenho em exercícios predominantemente aeróbios se mantém. A diferença é que nesse momento compreendemos um pouco mais as relações causais que envolvem o aumento do tamanho e do número de mitocôndrias. Carlos Roberto Bueno Júnior - Acredito um dos principais avanços foi a incorporação de análises proteômicas e metabolômicas às análises genômicas e do transcriptoma (PETRIZ et al., 2012). Outra quebra de paradigma foram a descoberta e as aplicabilidades dos RNAs de interferência (RNAi) e dos micro RNAS (mirna). Ambos são mecanismos de defesa do organismo contra genes parasitas (vírus e transpósons), além de serem importantes no controle do desenvolvimento e da expressão gênica de forma geral. Os mirna são RNAs de fita simples com poucos nucleotídeos que inibem a tradução de muitos RNAm diferentes com sequências similares. Já os RNAi são RNAs de fita dupla longos que são clivados em fragmentos de cerca de 20 nucleotídeos e geralmente exigem um pareamento perfeito, de modo que induzem a clivagem apenas de um RNAm específico. A descoberta dos RNAi rendeu o Prêmio Nobel de Medicina em 2006 a Andrew Z. Fire e Craig C. Mello. Por fim, é válido apontar que há estudos recentes mostrando inclusive que benefícios do treinamento físico são modulados por mirna (FERNANDES et al., 2011; FERNANDES et al., 2012; RANKINEN et al., 2012). Tiago Costa Leite - Estamos vivenciando uma era que marcou e marcará a humanidade, haja vista as relevantes descobertas sobre as características do ser humano, especialmente a finalização do Projeto Genoma Humano. Em 14 de abril de 2003, um comunicado de imprensa conjunto anunciou que o Projeto Genoma Humano fora concluído com sucesso, com o sequenciamento de 99% do genoma humano com uma precisão de 99,99%. O sequenciamento do genoma humano traz consigo uma grande responsabilidade para nós seres humanos em vários campos especialmente no campo da ética de como utilizar/lidar com essa informação que pode cursar com consequências positivas ou negativas. O mapeamento de genoma de determinado indivíduo ao nascer poderia ser valioso para diagnóstico e a cura de muitas doenças. 194
15 Vale ressaltar que mesmo nestes casos existe um grande debate ético. Por outro lado, existe a possibilidade iminente de uso indevido das informações genéticas. Por exemplo, a discriminação no momento da contratação de um trabalhador que supostamente tenha um potencial genético para ser alcoólatra ou desenvolver uma doença que o deixe inválido para o trabalho, a clonagem de seres humanos e a aquisição de patentes de genes humanos devem ser consideradas e é nesse sentido que a ética humana se apresenta como um ponto de equilíbrio, servindo de paradigma às discussões bioéticas na era da genética e da biologia molecular (SPARROW, 2009). Neste contexto, o papel do Estado como mediador frente a essas mudanças sociais e científicas será de fundamental importância. Jonato Prestes - Dentre os paradigmas importantes podemos citar o uso de testes genéticos para investigação do desempenho nos esportes, sendo que, estes testes também poderão ser utilizados antes do início de um programa de exercícios. A utilização de testes moleculares e genéticos pelas agências Anti-doping poderão prevenir o uso de substâncias ilegais e danosas a saúde dos atletas (LIPPI et al., 2010). Por fim, o conhecimento de diversos mecanismos intracelulares, como a translocação do transportador de glicose (GLUT-4) para a membrana celular, mesmo sem a ativação pela insulina colocaram o exercício no patamar de tratamento nãofarmacológico em diversas condições patológicas. 7 - É possível transpor os conhecimentos atuais dos estudos genéticos e moleculares para a aplicação do dia a dia do profissional de educação física? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Embora as perspectivas acerca da aplicação dos conhecimentos produzidos a partir de abordagens genéticas ou moleculares sejam otimistas, os achados desses estudos devem ser analisados com cautela, sobretudo em virtude do número reduzido de investigações. Por exemplo, tem-se proposto que os humanos possuem 23 cromossomos que contém aproximadamente genes (SHARP, 2010). Contudo, até o ano de 2008 apenas 23 genes tinham sido descritos como candidatos a variação individual da aptidão aeróbia (WILLIAMS e FOLLAND, 2008). Adicionalmente, muitos desses genes não estavam relacionados aos principais mecanismos que determinam o rendimento esportivo. Isso significa que ainda existe um grande campo de experimentações na genética do esporte para ser desbravado. Além disso, como o desempenho esportivo é considerado um fenômeno multifatorial, é plausível pressupor que a análise poligênica seja mais apropriada para descrever o rendimento atlético. Nesse sentido, alguns trabalhos têm analisado a probabilidade de se possuir um perfil poligênico perfeito para a aptidão aeróbia (WILLIAMS e FOLLAND, 2008, RUIZ et al., 2009). Williams e Folland (2008) sugeriram que a probabilidade de uma pessoa possuir os polimorfismos de 23 genes candidatos a descrição da variação individual da aptidão aeróbia é de 8,2 x Essa baixíssima probabilidade de encontrar algum indivíduo com um perfil poligênico perfeito tem levado alguns pesquisadores a sugerirem que outros fatores além da genética talvez possam explicar a diferença de desempenho entre os atletas (WILLIAMS e FOLLAND 2008, RUIZ et al., 2009). Em outras palavras, esses achados poderiam indicar que talvez não seja possível transpor os conhecimentos atuais dos estudos com genética para a aplicação do dia a dia dos profissionais de Educação Física e do Esporte, dada a raridade do fenômeno. Por outro lado, se considerarmos que o alto rendimento esportivo também é um fenômeno raro, os achados desses estudos talvez corroborem, e não refutem, a importância da influência genética no esporte. Por exemplo, até o presente momento apenas cinco atletas foram capazes de correrem uma maratona oficial abaixo de 2 h 04 min. Provavelmente, esses sujeitos foram os únicos atletas do mundo e, possivelmente, da história da humanidade a conseguirem tal feito. Assim, se relativizarmos a quantidade de atletas que foram capazes de correrem uma maratona oficial abaixo de 2 h 04 min pelo número de humanos que vivem e já viveram em nosso planeta, talvez cheguemos a um número tão baixo quanto o da probabilidade de se obter um perfil poligênico perfeito. Portanto, embora não se possa ainda transpor diretamente o conhecimento fornecido pelas análises genéticas atuais, possivelmente os profissionais de Educação Física e do Esporte se usufruirão dessa área em um futuro não muito distante. 195
16 Carlos Roberto Bueno Júnior - Todas as estratégias discutidas ao longo deste texto só possíveis de serem aplicadas ao cotidiano profissional. No entanto, ainda são consideravelmente caras. Portanto, a relação custo-benefício deve ser analisada em cada caso. Se um indivíduo infartado ou um atleta olímpico, por exemplo, tem recursos financeiros para utilizar tais estratégias, por que não utilizá-las? Em poucos anos, no entanto esta relação custo-benefício será favorável para qualquer praticamente de atividade física - um único sequenciamento genético será útil ao longo de toda a vida para prescrição do treinamento, da dieta e dos medicamentos. Isso ocorrerá graças à queda do custo para sequenciamento e aos avanços nos estudos científicos. Hoje já é conhecido, por exemplo, que apenas 21 polimorfismos de um nucleotídeo (SNPs) são responsáveis por 49% da variância da treinabilidade do consumo máximo de oxigênio e que somente nove SNPs determinam a herança genética relacionada à resposta da frequência cardíaca em um exercício físico submáximo ao treinamento físico (BOUCHARD et al., 2011; RANKINEN et al., 2012). Tiago Costa Leite - No futuro a utilização da genética será uma ferramenta fundamental para o profissional de Educação Física elaborar o treinamento do seu cliente/paciente de forma realmente mais personalizada e individualizada respeitando o princípio da individualidade biológica. Os objetivos traçados, o tempo de recuperação e a performance chegarão em tempo mais curto. Mas como a pergunta refere-se ao presente vamos a ela. Embora ainda de modo limitado, não difundido, vejo algumas possibilidades para aplicação destes conhecimentos no dia a dia do profissional de Educação Física. Um exemplo seria a identificação de indivíduos com polimorfismos de determinados genes que aumentem a probabilidade do mesmo em desenvolver uma doença/condição da qual o exercício físico realizado de forma regular e orientado por um profissional de Educação Física seja indicada como, por exemplo, doenças cardiovasculares (LAUKKANEN et al., 2009; EVANS et al., 2007). Nesse sentido, o profissional de Educação Física de posse da informação que o seu cliente possui um potencial genético para desenvolver problemas cardíacos poderia modificar as estratégias de treinamento para minimizar as chances deste potencial genético manifestar-se. Outra possibilidade, como já discutido anteriormente, é o profissional de Educação Física que trabalha buscando novos talentos para o esporte de alto nível. Este profissional pode utilizar o perfil genético de determinada criança para tentar traçar os melhores esportes para que a mesma pratique e se desenvolva até a mais alta performance (ROTH, 2012). Jonato Prestes - Os profissionais da área do exercício deverão se familiarizar com os conhecimentos da genômica do exercício e como isso afeta uma determinada aptidão física, como a força e a capacidade cardiorrespiratória. No dia a dia os profissionais da Educação Física e saúde deverão estar preparados para o desafio de otimizar o treinamento para os indivíduos com genes facilitadores para o desenvolvimento de uma determinada aptidão física, como a força muscular, bem como para motivar aqueles com menor favorecimento genético a continuar o programa de exercícios. Ainda não está claro na literatura como a dose-resposta do treinamento (prescrição) deve ser modificada de acordo com influências genéticas, o que ainda afasta estes conhecimentos da aplicação direta. No entanto, já vem sendo discutido na literatura que as sociedades internacionais de medicina do esporte, como o Colégio Americano de Medicina no Esporte deverão incluir em seus posicionamentos sobre exercício, tópicos de genética. Ademais, de acordo com estes conhecimentos, num futuro próximo, poderemos aumentar e/ou diminuir volumes e intensidades de treino de acordo com as limitações de cada indivíduos, baseado em partes na genética. 196
17 8 - Quais são as perspectivas da genômica e da biologia molecular para os próximos anos? Rômulo de Cássio Bertuzzi - Em relação ao desempenho esportivo, existem inúmeras questões que a genômica e a biologia molecular podem auxiliar na obtenção das respostas no futuro. Entre elas, a análise da interação aguda e crônica do ambiente com os ajustes em níveis moleculares parece ser uma das mais promissoras. Por exemplo, alguns autores têm discutido recentemente sobre a importância da modificação na expressão de genes sem alteração na sequencia do DNA (RALEIGH, 2012a; RALEIGH, 2012b, DANSER et al., 2012). Possivelmente, fatores epigenéticos, tais como a acetilação das histonas e a metilação das ilhas CpG, sejam mais importantes que o próprio genótipo do indivíduo. Isso se deve ao fato desses eventos terem a capacidade de silenciarem a expressão gênica (RALEIGH, 2012a). Recentemente Barrès et al. (2012) demonstraram que uma sessão aguda de exercício predominantemente aeróbio foi capaz de diminuir a metilação do DNA, sugerindo que o estresse físico é capaz de agudamente alterar a expressão de diversos genes. Do ponto de vista crônico, algumas evidências arqueológicas têm sugerido que a caça de persistência foi uma das principais formas de obtenção de alimentos dos nossos ancestrais que viveram acerca de 1,9 milhões de anos atrás (LIEBERMAN et al., 2009). Ela era realizada em ambientes quentes (39-42oC) e áridos do continente africano (PICKERING e BUNN, 2007). Esse tipo de caça consistia em perseguir um animal de médio porte (como por exemplo, os antílopes da raça kudu) mediante a corrida ininterrupta e com intensidade moderada. Como os processos termorregulatórios desses animais eram expressivamente inferiores aos dos primeiros homínidos, os nossos ancestrais conseguiam persegui-los até que eles atingissem valores letais de temperatura corporal e, conseqüentemente, entrarem em fadiga irreversível (BRAMBLE e LIEBERMAN, 2004). Isso tornava o sacrifício dos animais relativamente mais seguro e eficaz (LIEBERMAN et al., 2007). Ao considerarmos que o processamento e armazenamento dos alimentos inexistiam naquela época, provavelmente, os nossos ancestrais africanos percorreriam dezenas de quilômetros semanalmente a busca de alimento, no intuito de garantirem a sobrevivência da nossa espécie. Interessantemente, evidências mais recentes têm indicado que os melhores corredores do mundo das provas de longas distâncias são oriundos do continente africano (LUCIA et al., 2006). Ao considerarmos que o treinamento continuo (SEILER e KJERLAND 2006) e a exposição ao calor (SAUNDERS et al., 2004) são variáveis capazes de maximizarem a aptidão aeróbia, é atraente hipotetizar que a exposição crônica às elevadas temperaturas e a necessidade de percorrer longas distâncias tenham sido estímulos ambientais fundamentais para o aprimoramento do rendimento esportivos dos corredores do continente africano. De fato, embora controvérsias possam ser detectadas na literatura especializada, prévios achados indicaram que a variação no DNA mitocondrial está associada ao sucesso de atletas quenianos nas provas predominante aeróbias (SCOTT et al., 2009). Isso sugere que adaptações genéticas possam ter ocorrido desde o surgimento dos primeiros hominídeos, resultando na soberania dos corredores do continente africano nas provas de longas-distâncias. Nesse sentido, a interação entre o ambiente e os ajustes em níveis moleculares parece ser um dos temas emergentes dos estudos que no futuro utilizarão abordagens oriundas da genômica e da biologia molecular nos próximos anos. Carlos Roberto Bueno Júnior - As perspectivas da genômica e da biologia molecular incluem todos os aspectos abordados neste manuscrito. Além disso, é válido ressaltar outra área em crescimento, a epigenética, que trata de características herdáveis relacionadas à função dos cromossomos e à expressão gênica causadas por mecanismos diferentes da sequência de DNA (BALDWIN E HADDAD, 2010; PITSILADIS e WANG, 2011). Todas estas ferramentas genéticas e moleculares apresentam relação direta com a Educação Física e cada vez mais contribuirão para maximizar os efeitos do treinamento físico tanto voltado à saúde como ao alto rendimento. 197
18 Tiago Costa Leite - Estamos vivenciando um momento único no esporte de alto rendimento onde pela primeira vez estamos começando a compreender o exercício físico no nível molecular. Vale ressaltar que a nutrigenômica também vêm evoluindo o que certamente contribuirá para o desenvolvimento da performance do atleta (BRAGAZZI, 2013). O desenvolvimento desta área poderá ser um divisor de águas, pois permitirá a ciência do esporte dar um passo a frente e alterar o modo de como pensamos o exercício hoje. A elucidação não apenas dos genes envolvidos no desempenho humano (atualmente já temos cerca de 150 a 200 genes correlacionados com a performance - quem se interessar vale apena acessar a revista physiological genomics para ver artigos correlacionados com o tema), mas também os mecanismos que regulam a sua transcrição e tradução bem como a compreensão da regulação da atividade enzimática das principais enzimas que controlam o fluxo das vias metabólicas serão de fundamental importância para o avanço desta nova era. Perceba que não estou falando apenas de genômica, mas sim do estudo da proteômica, da metabolômica voltadas para o alto rendimento (PETRIZ et al., 2012; NETZER et al., 2011). Recentemente pude fazer parte do Laboratório de Bioquímica de Proteínas (LBP) localizado na UNIRIO, chefiado pelo Prof. L.C. Cameron. Em anos de convivência com o Cameron eu vi nascer o conceito elaborado por ele no qual foi cunhado de Sportômics. A sportômics a meu ver é o futuro do esporte de alto rendimento com diversos desdobramentos. A caminhada ainda é longa, cheia de obstáculos, mas com certeza acompanhar esta jornada será fascinante. Jonato Prestes - Na experiência de pós-doutorado pude estudar alguns marcadores de apoptose (morte celular programada) e migração celular. Muitos trabalhos especularam sobre os riscos do exercício de alta intensidade em aumentar a apoptose de linfócitos e produzir um efeito de queda da resistência imunológica. No entanto, alguns vírus, como o da Herpes, fazem com que algumas células do sistema imune mudem a expressão de proteínas na sua membrana, tornando-as altamente especializadas na eliminação deste vírus ao longo da vida. Como consequência, este processo diminui a capacidade do sistema imune em eliminar novos antígenos (substâncias estranhas ao nosso organismo). Interessantemente, parece que justamente estas células tendem a entrar em apoptose com o treinamento físico, processo este que criaria o chamado "espaço imune" para que novas células fossem adicionadas a partir da medula óssea (SIMPSON, 2011). Esta alteração seria altamente beneficiosa para a diversidade imune. Sendo assim, uma perspectiva muito interessante para o futuro será a investigação dos reais efeitos do exercício sobre o sistema imune, apoptose vilão ou herói? Depende de quanto? O exercício cria este espaço imune para novas células com muita diversidade? Qual a dose-resposta? Outra área muito interessante é o estudo dos micrornas (mirnas), pequenos RNAs, com cerca de 20 a 22 nucleotídeos, resultantes da clivagem de um RNA maior não codificante. Os mirnas ligam-se ao complexo RISC (complexo de indução do silenciamento de RNA) e direcionam a clivagem de mrnas com os quais têm complementaridade ou fazem repressão da tradução ficando ligados ao mrna impedindo a sua tradução pelo ribossomo. O estudo destas moléculas poderá mudar o nosso entendimento acerca da comunicação entre os tecidos, visto que os mirnas podem inclusive ser transportados em vesículas no sangue de um tecido para outro e participam da regulação pós-transcricional, silenciamento de genes, processo este imprescindível para homeostase. Considerando o potencial do exercício físico em modular os mirnas esta temática parace de grande relevância. CONCLUSÃO A genética e a biologia molecular poderão em breve revolucionar áreas e disciplinas da educação física, medicina esportiva e fisiologia do exercício. Futuramente, a genética terá papel determinante na detecção e seleção de indivíduos mais predispostos a desenvolver alguma habilidade atlética. A genética também auxiliará na prescrição individualizada do treinamento físico para prevenção de doenças ou como estratégia terapêutica individualizada. O sequenciamento rápido da genética possibilitou o conhecimento de mais de 250 genes envolvidos no desempenho esportivo, no entanto tais genes poderão ser aproveitados ilicitamente através da manipulação genética em laboratório para transfecção nos tecidos dos atletas (doping genético). A 198
19 biologia molecular por sua vez elucidará a caixa-preta do organismo humano, onde será possível monitorar as adaptações fenotípicas e as respostas da expressão de genes e proteínas de uma determinada célula ou tecido, e assim estabelecer uma associação. Tanto a utilização do ser humano como do modelo animal são importantes, com suas vantagens e desvantagens. Experimentos com animais facilitam o controle das variáveis, além de serem acessíveis para extração de tecidos para análises moleculares. No entanto, em muitas situações não é possível transferência das respostas de determinados protocolos experimentais de animais para humanos. Além disso, conhecimentos recentes oriundos da genética e biologia molecular necessitam de cautela e ainda não são totalmente aplicáveis na prática, por serem recentes. O futuro caminha neste momento para estudos metabolômicos e proteômicos, adaptações morfofuncionais e moleculares, além de aprovações políticas de pesquisas no contexto bioético. Os olhares nas próximas décadas serão voltados para temas da epigenética, nutrigenômica e imunologia molecular, e esta sublime projeção, ainda em fase emergente demonstrará o poder real das ferramentas genéticas e moleculares na fisiologia do exercício. REFERÊNCIAS ANGELI, A.; MINETTO, M.; DOVIO, A.; PACCOTTI, P. The Overtraining Syndrome in Athletes: a stress-related disorder. Journal of Endocrinology Investigation. v. 2, n. 6, p , ARTIOLI, G.G.; HIRATA, R.D.C.; LANCHA JUNIOR, A.H. Terapia gênica, doping genético e esporte: fundamentação e implicações para o futuro. Revista Brasileira de Medicina do Esporte, v. 13, p , ATHERTON, P.J.; SMITH, K.; ETHERIDGE, T.; RANKIN, D.; RENNIE, M.J. Distinct anabolic signaling responses to amino acids in C2C12 skeletal muscle cells. Amino Acids, v. 38, n. 5, p , AZZAZY, H.M.E.; MANSOUR, M.M.H.; CHRISTENSON, R.H. Gene doping: of mice and men. Clinical Biochemistry, v. 42, p , BACHNER-MELMAN, R.; DINA, C.; ZOHAR, A.H.; CONSTANTINI, N.; LERER, E.; HOCH, S.; SELLA, S.; NEMANOV, L.; GRITSENKO, I.; LICHTENBERG, P.; GRANOT, R.; EBSTEIN, R.P. AVPR1a and SLC6A4 gene polymorphisms are associated with creative dance performance. Plos Genetics, v. 1, n. 3, p , BALDWIN, K. M.; HADDAD, H. Research in the exercise sciences: where we are and where do we go from here: part II? Exercise and Sports Science Reviews, v. 38, n. 2, p , BARRÈS, R.; YAN, J.; EGAN, B.; TREEBAK, J.; RASMUSSEN, M.; FRITZ, T.; CAIDAHL, K.; KROOK, A.; O'GORMAN, D.J.; ZIERATH, J.R. Acute exercise remodels promoter methylation in human skeletal muscle. Cell Metabolism, v. 7;15(3):405-11, BISHOP, D.; EDGE, J.; DAVIS, C.; GOODMAN, C. Induced metabolic alkalosis affects muscle metabolism and repeated-sprint ability. Medicine and Science in Sports and Exercise, v. 36, n. 5. p , BISHOP, D.; EDGE, J.; MENDEZ-VILLANUEVA, A.; THOMAS, C.; SCHNEIKER, K. High-intensity exercise decreases muscle buffer capacity via a decrease in protein buffering in human skeletal muscle. Pflugers Archives, v. 458, n. 5, p , BODINE, S.C. mtor signaling and the molecular adaptation to resistance exercise. Medicine and Science in Sports and Exercise, v. 38, n. 11, p ,
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