Universidade Estadual de Maringá - UEM

Transcrição

1 Universidade Estadual de Maringá - UEM Disciplina: Biologia Molecular 6855 T1 e T2 Ciências Biológicas Sistemas biológicos e Genomica Profa. Dra. Maria Aparecida Fernandez

2 systems biology gene networks transcriptomics metabolomics proteomics molecular structures genomics

3 Linguagem transcritos Gene Proteina Genômica transcriptômica Proteômica Genoma transcriptoma Proteoma

4 Glossary Genomic - Genomic may be described as the comprehensive analysis of DNA structure and function Transcriptome - the term for the complete set of RNA messages Coded from the DNA within a cell Proteome - the complete set of proteins in a cell Metabolome - the term for the complete set of low molecular weight compounds in a sample

5 Systems Biology The study of the mechanisms underlying complex biological processes as integrated systems of many interacting components. Systems biology involves: (1) collection of large sets of experimental data (2) proposal of mathematical models that might account for at least some significant aspects of this data set (3) accurate computer solution of the mathematical equations to obtain numerical predictions (4) assessment of the quality of the model by comparing numerical simulations with the experimental data.

6 The Technologies of Systems Biology Genomics (HT-DNA sequencing) Mutation detection (SNP methods) Transcriptomics (Gene/Transcript measurement, SAGE (Serial analysis of gene expression), gene chips, microarrays) Proteomics (MS, 2D-PAGE, proteinchips, Yeast-2- hybrid, X-ray, NMR) Metabolomics (NMR, X-ray, capillary electrophoresis)

7 Gene is expressed by transcribing DNA into singlestranded mrna mrna is later translated into a protein Cells are different because of differential gene expression About 40% of human genes are expressed at one time mrna expression represents dynamic aspects of cell

8 Gene expression DNA CCTGAGCCAACTATTGATGAA transcription mrna CCUGAGCCAACUAUUGAUGAA translation Protein PEPTIDE

9 Genome sequence

10 Fonte:

11 Genome size does not correlate well with gene number or with apparent organism complexity Closely related organisms can have genome sizes that vary by 100x Human genome is 30x smaller than some plant genomes

12 Número de clones teoricamente necessários para representar o genoma Tamanho do fragmento clonado (pb) 5 X X X X X10 6 Bacteria Tamanho do genoma (pb) 2 X X10 9 Fungo mamíferos N= ln (1-P) ln (1 - f )

13 Seqüênciamento do genoma por shotgun Genoma aberto Clonagem e seqüênciamento Clones shotgun Bioinformática Genoma seqüênciado Alinhamento dos clones 5...ATCGGTACCAGGCTCCTCAGAGT TAGCCATGGTCCGAGGAGTCTCA...5

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15 Construção da biblioteca shotgun Fragmentos de DNA ramdômicos podem ser obtidos usando o processo HydroShear (GeneMachines Inc., USA).

16 DNA sonicado para construção biblioteca shotgun kb 11,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,5 1,0

17 In shotgun approach, DNA is randomly broken into fragments, and each is sequenced w/out knowing where in the genome the fragment comes from

18 Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM

19 SEQUENCIAMENTO DE DNA 1.cromossomo ou cosmídeo Bancada Bioinformática 2.fragmentação _ enzimática _ nebulização 3.clonagem _ puc18 4.seqüenciamento ACCTGATGCCGACGGG retro-alimentação 5.montagem 6.finalização 7.anotação Contig 1 Contig 2 Cosmídeo iniciador Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM

20 Typical output of an automated sequencer

21 Estrutura da Rede de Computadores Laboratório de bioinformática INTERNET Servidor Web FTP Firewall Pentium III 750 MHz PC1 Switcher PC2 PC3 PCn Instituições participantes do projeto Sun 450 Enterprise 4 processadores 4 GB RAM 300 GB HD Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM

22 Montagem do genoma Phred identificação de bases (base calling) e valores de qualidade Cross-match identificação de seqüências de vetor Phrap montagem das seqüências contíguas (contigs) Consed análise e edição dos contigs Finalização fechamento de falhas (Scaffold), determinação de genes (BLAST/Glimmer) e anotação (Artemis/Sequin)

23 Fonte:

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26 GENOMA HUMANO 15/02/ /02/2001

27 Projetos Genomas human Arabidopsis thaliana mouse rat Caenorhabitis elegans Drosophila melanogaster Mycobacterium leprae Vibrio cholerae Plasmodium falciparum Mycobacterium tuberculosis Neisseria meningitidis Z2491 Helicobacter pylori

28 Projetos Genomas Xylella fastidiosa Borrelia burgorferi Rickettsia prowazekii Bacillus subtilis Archaeoglobus fulgidus Campylobacter jejuni Aquifex aeolicus Thermotoga maritima Chlamydia pneumoniae Pseudomonas aeruginosa

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33 O genoma completo da E. coli (K-12) foi anunciado em 5 de Setembro de 1997 na Science. O seu genoma consiste de uma molécula de DNA com pares de bases. Esse DNA codifica para proteinas e 89 RNAs. Muitos genes já eram conhecidos e a função de outros pode ser deduzida pela similaridade com genes já descritos. Entretanto, a função de 38% desses genes (ORFs) ainda deve ser descoberta. Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM

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38 O Brasil selou a sua entrada no primeiro time da genômica mundial em julho de 2000, com o seqüenciamento do DNA da Xylella fastidiosa. O estudo, realizado por um consórcio de laboratórios paulistas, foi destaque de capa na revista britânica Nature, o que constituiu um feito inédito, até então, para a pesquisa brasileira. Com ele, ingressamos no seleto grupo dos países que já seqüenciaram inteiramente o genoma de algum ser vivo Estados Unidos, Japão, Inglaterra, França e Alemanha. Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM

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44 GENOPAR Rio de Janeiro Curitiba, Paraná Florianópolis Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM Porto Alegre

45 Umuarama Maringá Londrina Cascavel Ponta Grossa Curitiba Genopar Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM

46 GENOPAR/Genoma Regional Sul Herbaspirillum seropedicae Bactéria Fixadora de Nitrogênio. Promotora de crescimento vegetal. Associações endofíticas com trigo, arroz, cana de açúcar, sorgo, milho. Potencial como biofertilizante nitrogenado. Aumentos de produtividade em até 30% em crescimento e grãos Produtor de polihidroxialcanoatos Tamanho do genoma (PFGE): 5,7 a 6 milhões de pares de bases Maria Aparecida Fernandez- DBC - UEM