Introdução à Bioinformática e Aplicações

Transcrição

1 Laboratório de Bioinformática, Modelagem e Simulação de Bi Introdução à Bioinformática e Aplicações Osmar Norberto de Souza osmar.norberto@pucrs.br Porto Alegre,

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3 Células Tecidos

4 Tecidos Órgãos Sistemas Organismo

5 Um tecido é um grupo de células semelhantes que desempenham uma função particular. O tecido nervoso é composto de milhões de células nervosas que transmitem sinais para todas as partes do corpo. Níveis de organização biológica Um órgão é composto por vários tipos de tecidos, e cada órgão pertence a um sistema de órgãos. Os órgãos de um sistema de órgãos trabalham juntos com um propósito comum. O cérebro trabalha com a medula espinhal para enviar comandos para as partes do corpo por meio de nervos. Organismos, como árvores e seres humanos, são uma coleção de sistemas de órgãos. Os níveis de organização biológica se estendem para além do organismo ou indivíduo. Todos os membros de uma espécie (um grupo de organismos que se cruzam) em uma área específca pertencem a uma população. Por exemplo, uma pastagem tropical pode ter uma população de zebras, acácias e humanos. As populações interagentes das pastagens compõem uma comunidade. A comunidade de populações interage com o ambiente físico para formar um ecossistema. Finalmente, todos os ecossistemas terrestres compõem, coletivamente, a biosfera. Adaptado de: Human Biology, Sylvia Mader & Michael Windelspecht, 15th Edition, McGraw-Hill Education, DNA

6 DNA CTCGAGGGGCCTAGACATTGCCCTCCAGAGAGAGCA mrna CUCGAGGGGCCUAGACAUUGCCCUCCAGAGAGAGCA Proteína G A R D E L E L E P E R A O Dogma Central da Biologia Molecular

7 Projetos Genoma Completos e/ou Publicados , Homo sapiens Arabidopsis thaliana Mus musculus C. elegans D. melanogaster Projetos em andamento por domínio: M. leprae (1.625) arqueobactérias (98.879) bactérias Vibrio cholerae P. falciparum M. tuberculosis N. meningitidis (38.231) eucariotos (46.665) metagenomas Fonte: Project Totals in GOLD, Genome Online Database v.6 (03/08/2018, 12/03/2018) H. pyroli X. fastidiosa B. subtilis C. pneumoniae P. aeruginosa

8 Tamanhos Comparativos de Alguns Genomas Fonte: A. M. Lesk Introdução à Bioinformática, Artmed. 2a. Edição, 2008.

9 Tamanhos Comparativos de Alguns Genomas Fonte: A. M. Lesk Introdução à Bioinformática, Artmed. 2a. Edição, 2008.

10 Linha do Tempo da Bioinformática

11 Bancos de Dados de Sequências e Estruturas de Macromoléculas Biológicas BD de sequências BD de estruturas 3D D N A >Homo sapiens hemoglobin, alpha 2 (HBA2 ACTCTTCTGGTCCCCACAGACTCA... >gi gb K GPIINS cds CTGCAGACCCAGCACCAGGGAAATG... BD de sequências >gi gb AAA insulin MALWMHLLTVLALLALWGPNTNQ... >gi ref NP_ hemoglobin, alpha 1 MVLSPADKTNVKAAWGKVGAHA... P R O T E Í N A S D N A + P R O T E Í N A S

12 Sequências de DNA e Proteínas >gi ref NM_ Homo sapiens hemoglobin, beta (HBB), mrna, 626 bp ACATTTGCTTCTGACACAACTGTGTTCACTAGCAACCTCAAACAGACACCATGGTGCATCTGACTCCTGA GGAGAAGTCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGCAAGGTGAACGTGGATGAAGTTGGTGGTGAGGCCCTGGGC AGGCTGCTGGTGGTCTACCCTTGGACCCAGAGGTTCTTTGAGTCCTTTGGGGATCTGTCCACTCCTGATG CTGTTATGGGCAACCCTAAGGTGAAGGCTCATGGCAAGAAAGTGCTCGGTGCCTTTAGTGATGGCCTGGC TCACCTGGACAACCTCAAGGGCACCTTTGCCACACTGAGTGAGCTGCACTGTGACAAGCTGCACGTGGAT CCTGAGAACTTCAGGCTCCTGGGCAACGTGCTGGTCTGTGTGCTGGCCCATCACTTTGGCAAAGAATTCA CCCCACCAGTGCAGGCTGCCTATCAGAAAGTGGTGGCTGGTGTGGCTAATGCCCTGGCCCACAAGTATCA CTAAGCTCGCTTTCTTGCTGTCCAATTTCTATTAAAGGTTCCTTTGTTCCCTAAGTCCAACTACTAAACT GGGGGATATTATGAAGGGCCTTGAGCATCTGGATTCTGCCTAATAAAAAACATTTATTTTCATTGC >gi ref NP_ beta globin [Homo sapiens] aa MVHLTPEEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNPKVKAHGKKVL GAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHFGKEFTPPVQAAYQKVVAGV ANALAHKYH

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14 Protein Data Bank (PDB): Banco de Dados de Estruturas Tridimensionais (3D) de Macromoléculas Biológicas

15 Crescimento de Dados de Estruturas 3D de Macromoléculas Biológicas Uma rápida olhada no PDB! (14/08/2018) Das estruturas 3D de macromoléculas biológicas no PDB: são únicas ou não-redundantes são de origem humana contém ácidos nucleicos

16 Explosão de Dados de Sequências de Macromoléculas Biológicas Número de sequências/bases depositadas no GenBank e WGS Versão 227 de 15/08/2018 ~ 210 milhões de sequências de DNA ~ 164 milhões de sequências nr de DNA (31/07/2018) nr = non-redundant sequences = sequências não-redundantes

17 Então, o que é Bioinformática Estrutural? Bioinformática Estrutural é a conceituação da biologia em termos de moléculas, no sentido físico-químico, e a aplicação de técnicas de informática (derivadas de disciplinas como matemática, ciência da computação e estatística) para entender, organizar e explorar a informação estrutural associada a essas moléculas em uma grande escala. Luscombe, N.M.; Greenbaum D.; Gerstein, M. What is Bioinformatics? A Proposed Defnition and Overview of the Field. (2001). Method Inform Med, 40: , 2001.

18 Aplicações

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26 Aplicações Bioinformática Clínica A bioinformática clínica é uma área da ciência da saúde responsável pelo desenvolvimento e aprimoramento de métodos para aquisição, armazenamento, organização e análise de dados biológicos que apoiam a prestação de assistência ao paciente. A informática na ciência dos cuidados de saúde é dividida em três áreas: