A genotoxicidade (/ʒɛno/) é a propriedade que alguns agentes químicos têm de causar danos na informação genética de uma célula originando mutações, que podem produzir um cancro. Embora a genotoxicidade seja frequentemente confundida com mutagenicidade, é preciso ter presente que todos os mutagéneos são genotóxicos, mas algumas substâncias genotóxicas não são mutagénicas. A alteração pode ter efeitos diretos ou indiretos sobre o ADN: indução de mutações, ativação de eventos em momentos inapropriados e danos diretos ao ADN que produzem mutações. As alterações permanentes herdáveis podem afetar as células somáticas do organismo ou as células germinais e passar neste segundo caso a futuras gerações.
As células impedem a expressão de mutações genotóxicas por meio da reparação do ADN ou da apoptose (morte celular); contudo, os danos nem sempre podem ser reparados, o que leva à mutagénese. Para fazerem bioensaios de moléculas genotóxicas, os investigadores verificam os danos no ADN em células expostas a substratos tóxicos. Estes danos no ADN podem ser roturas de dupla cadeia ou de cadeia simples, perda da reparação por excisão, ligações cruzadas, sítios lábeis aos álcalis, mutações pontuais e mutações cromossómicas estruturais e numéricas. A alteração da integridade do material genético pode ser causa de cancros. Como consequência, foram desenvolvidas muitas técnicas sofisticadas, como o Teste de Ames, testes toxicológicos in vitro e in vivo, e ensaios Comet para avaliar o potencial que os distintos compostos químicos têm de causar danos no ADN que podem conduzir ao cancro.
Mecanismo miniatura|300px|Definição de transição e transversão. São uma mutação comum causada pelos compostos genotóxicos. As substâncias genotóxicas induzem danos no material genético nas células por meio de interações com a sequência e estrutura do ADN. Por exemplo, o metal de transição crómio interage com o ADN no seu estado de oxidação de alta valência, incorrendo em lesões de ADN que produzem carcinogénese. Chega-se ao estado de oxidação metaestável Cr(V) pela ativação redutiva. Realizaram-se experiências para estudar a interação entre o ADN e o crómio carcinogénico usando o complexo Cr(V)-Salen no estado de oxidação específico. A interação afeta especificamente o nucleótido guanina (G) na sequência genética. Para facilitar a interação entre o complexo Cr(V)-Salen com a base guanina, os investigadores modificaram as bases a 8-oxo-G para assim ter um local específico de oxidação. A reação entre as duas moléculas causou lesões no ADN; as duas lesões observadas no local da base modificada eram a guanidinohidantoína e a espiroiminodihidantoína. Para realizar uma maior análise da lesão, observou-se que a polimerase parava no local e a adenina era incorporada incorretamente na sequência de ADN no local oposto à base 8-oxo-G. Portanto, estas lesões contêm predominantemente transversões G→T. O crómio de alta valência atua como um carcinogéneo, já que se encontrou que "o mecanismo de danos e produtos da oxidação de bases para a interação entre o crómio de alta valência e o ADN... são relevantes para a formação in vivo de danos no ADN que originam cancro em populações humanas expostas ao cromato". Em consequência, isto mostra como o crómio de alta valência pode atuar como carcinogéneo com xenobióticos que formam 8-oxo-G.
Outro exemplo de substâncias genotóxicas que causam danos no ADN são os alcaloides de pirrolizidina (PAs). Estas substâncias encontram-se principalmente em espécies de plantas e são venenosas para os animais, incluído os humanos; aproximadamente metade deles foram identificados como genotóxicos e muitos como tumorogénicos. Os investigadores concluíram a partir dos testes realizados que quando são ativados metabolicamente, os "PAs produzem adutos do ADN, ligações cruzadas no ADN, roturas nas cadeias de ADN, troca de cromatídeos irmãos, micronúcleos, aberrações cromossómicas, mutações génicas e mutações cromossómicas in vivo e in vitro." As mutações mais comuns nos genes são transversões G:C → T:A e substituições de bases em tandem. Os alcaloides de pirrolizidina são mutagénicos in vivo e in vitro e, portanto, responsáveis pela carcinogénese fundamentalmente no fígado. A planta boraginácea confrei é um exemplo de uma espécie de planta que contém catorze PAs diferentes. Os metabolitos ativos interagem com o ADN causando danos no ADN, induzem a mutação e o desenvolvimento do cancro em células endoteliais do fígado e nos hepatócitos. Descobriu-se no final que o "confrei é mutagénico no fígado, e os PAs contidos no confrei parecem ser responsáveis pela toxicidade induzida pelo confrei e a indução de tumores,".
Técnicas para realizar testes
O propósito dos testes de genotoxicidade é determinar se um substrato influenciará no material genético ou pode causar cancro. Podem ser realizados com bactérias, levedos e células de mamífero. Com o conhecimento obtido nos testes, pode ser controlado o desenvolvimento precoce de organismos vulneráveis a substâncias genotóxicas.
Ensaio de mutação inversa bacteriana
o ensaio de mutação inversa bacteriana, também conhecido como Teste de Ames, é utilizado em laboratórios para fazer testes para as mutações génicas. A técnica usa muitas cepas bacterianas para comparar as diferentes alterações originadas no material genético. O resultado do teste deteta a maioria dos carcinogéneos genotóxicos e alterações genéticas; os tipos de mutações detetados são mutações com mudança da matriz de leitura e as substituições de bases.
500px|miniatura|O procedimento do teste de Ames verifica as mutações genéticas presentes em várias cepas bacterianas.
Testes toxicológicos in vitro O propósito dos testes in vitro é determinar se um substrato, produto, ou fator ambiental induz danos genéticos. Uma técnica utiliza ensaios citogenéticos em diferentes células de mamíferos. Os tipos de anomalias detetadas nas células afetadas por uma substância genotóxica são falhas em cromossomas e cromatídeos, roturas cromossómicas, deleções de cromatídeos, fragmentações, translocações, e rearranjos complexos, entre outras. Os efeitos clastogénicos ou aneugénicos devidos a danos genotóxicos causam um incremento da frequência de aberrações estruturais e numéricas do material genético. Isto é similar ao Teste de micronúcleos e ao ensaio de aberrações cromossómicas, que detetam aberrações cromossómicas estruturais e numéricas em células de mamífero. Num tecido de mamífero determinado, pode-se realizar um ensaio de linfoma TK+/- de rato para testar as alterações no material genético. As mutações génicas são normalmente mutações pontuais que alteram só uma base da sequência genética, alterando o transcrito e a sequência de aminoácidos; estas mutações pontuais podem ser substituições, deleções, mudança da matriz de leitura e rearranjos. Além disso, a integridade dos cromossomas pode ser alterada pela perda de cromossomas e as lesões clastogénicas que causam deleções multilocus e em múltiplos genes. O tipo específico de dano é determinado pelo tamanho das colónias, distinguindo entre mutações genéticas (mutagéneos) e aberrações cromossómicas (clastogénios). O teste do ensaio SOS/umu avalia a capacidade de uma substância de induzir danos no ADN, baseando-se em alterações na indução da resposta SOS devido a danos no ADN. Os benefícios desta técnica são que é um método simples e rápido apropriado para numerosas substâncias. Estas técnicas são realizadas para analisar amostras de água ou águas residuais encontradas no meio ambiente. 300px|miniatura|Resumo do uso da resposta SOS para testar a genotoxicidade.
Testes in vivo O objetivo dos testes in vivo é determinar o potencial de danos no ADN que pode afetar a estrutura cromossómica ou alterar o aparelho mitótico que causa alterações no número de cromossomas; os fatores que poderiam influir na genotoxicidade são a ADME (absorção, distribuição, metabolismo e excreção) e a reparação do ADN. Pode também detetar agentes genotóxicos que passam despercebidos em testes in vitro. O resultado positivo de danos cromossómicos induzidos é um incremento na frequência de PCEs (eritrócitos policromáticos) micronucleados. Um micronúcleo é uma pequena estrutura separada do núcleo que contém ADN nuclear originado de fragmentos de ADN ou de cromossomas completos que não foram incorporados na célula filha durante a mitose. As causas destas estruturas são a perda mitótica de fragmentos de cromossomas acêntricos (clastogenicidade), problemas mecânicos devido a roturas e trocas nos cromossomas, perda mitótica de cromossomas (aneugenicidade), e apoptose. O teste de micronúcleos in vivo é similar ao in vitro porque verifica as aberrações cromossómicas estruturais e numéricas em células de mamíferos, especialmente em células sanguíneas de ratas.
Ensaio Comet Os ensaios Comet são uns dos testes mais comuns para a genotoxicidade. A técnica implica lisar células usando detergentes e sais. O ADN libertado da célula lisada é submetido a eletroforese em gel de agarose em condições de pH neutro. As células que contêm ADN com um número aumentado de roturas de dupla cadeia migrarão mais rapidamente para o ânodo. Esta técnica é vantajosa porque deteta baixos níveis de danos no ADN, requer somente um número muito pequeno de células, é mais barata que muitas outras técnicas, fácil de executar, e mostra rapidamente os resultados. Contudo, não identifica o mecanismo que subjaz no efeito genotóxico ou o composto ou componente químico exato causador das roturas.
Cancro Os efeitos genotóxicos como as deleções, roturas e rearranjos podem originar um cancro se os danos não ocasionarem imediatamente a morte celular. Regiões sensíveis à rotura, chamadas sítios frágeis, podem ser o resultado da ação de agentes genotóxicos (como pesticidas). Alguns compostos químicos têm a capacidade de induzir sítios frágeis em regiões do cromossoma onde há oncogenes, o que produz efeitos carcinogénicos. Em consonância com isto, a exposição laboral a algumas misturas de pesticidas está positivamente correlacionada com um incremento de danos genotóxicos nas pessoas expostas. Os danos no ADN não têm uma gravidade uniforme nas populações porque varia a capacidade de cada indivíduo de ativar ou desintoxicar as substâncias genotóxicas, o que origina uma variabilidade na incidência de cancro entre indivíduos. A diferença em capacidade de desintoxicar certos compostos deve-se aos polimorfismos herdados pelos indivíduos de genes que intervêm no metabolismo do composto químico. As diferenças podem também ser atribuídas a variações individuais em eficiência dos mecanismos de reparações do ADN. O metabolismo de alguns compostos químicos causa a produção de espécies reativas do oxigénio, o que é um possível mecanismo de genotoxicidade. Isto pode ser observado no metabolismo do arsénio, que produz radicais hidroxilo, que se sabe serem causadores de efeitos genotóxicos. De forma similar, as espécies reativas do oxigénio foram implicadas na genotoxicidade causada por partículas e fibras. A genotoxicidade de partículas fibrosas e não fibrosas é caracterizada pela alta produção de espécies reativas do oxigénio nas células inflamatórias.
Xenotoxinas implicadas nos quatro tipos de cancro mais comuns no mundo