Explorando bancos de dados genômicos e introdução à bioinformática. Guilherme Targino Valente Marcos Tadeu Geraldo. Bioinformática

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1 Explorando bancos de dados genômicos e introdução à bioinformática Guilherme Targino Valente Marcos Tadeu Geraldo 22/07/2011 Bioinformática É a aplicação de estatística e ciência da computação no campo da Biologia Molecular O termo foi cunhado por Paulien Hogeweg e Ben Hesper em 1978 no estudo de processos de informática em sistemas bióticos Paulien Hogeweg 1

2 Objetivo da Bioinformática Aumentar o entendimento dos processos biológicos Bioinformática atualmente Criação e avanços em: banco de dados algoritmos técnicas computacionais estatísticas Finalidade: solucionar problemas teóricos e práticos oriundos da manipulação e análise de dados biológicos 2

3 Sequências Estrutura molecular Genomas BIOINFORMÁTICA Modelagem biológica Evolução Regulação e expressão gênica 3

4 Importância da Análise de Sequências Comparação de sequências para analisar suas semelhanças e diferenças Análise da estrutura de genes: matrizes de leitura, distribuição de introns e exons e elementos regulatórios Busca por pontos de mutação, a fim utilizá-los como marcadores genéticos Informações sobre evolução e diversidade genética entre organismos Análise da funcionalidade de genes Como recuperar sequências dentro de um banco de dados 4

5 FASTA Programa de alinhamento e análise de sequências criado por W.R. Pearson e D.J. Lipman em 1988 Formato da sequência: > nome_da_sequência Linha de definição ARCGTCRGCKINTANDRGCKINTANDCKINTAN DARCGTCRGCKINTANDRGCKINTAND Sequência 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 10

11 Como obter sequências experimentalmente? Gene ou sequência de interesse Restrição Enzimática Reação em cadeia da polimerase (PCR) 11

12 12

13 13

14 Conseguimos as sequências......e AGORA? Próximo passo, 14

15 Alinhamento de sequências O que é? = um alinhamento de sequências é uma forma de organizar sequências primárias de DNA, RNA ou proteínas Por que alinhar? = identificar regiões similares que possam ser consequência de relações funcionais, estruturais ou evolucionárias entre elas Homologia x Similaridade Valor Qualitativo Valor Quantitativo Homólogo Não-homólogo Valor de inferência 15

16 SE, 2 sequências de um alinhamento Compartilham ancestral comum Discordâncias entre as sequências (mismatches) Espaços (gaps) Mutações pontuais Inserções ou deleções (indels) Alinhamento: Global x Local 16

17 Alinhamento: Par a par (pairwise alignment) Múltiplo (multiple alignment) 17

18 Algoritmos de alinhamento ClustalW MUSCLE T-COFFEE COBALT MAFFT PRRN E muitos outros... 18

19 CLUSTALW (http://www.ebi.ac.uk/tools/msa/clustalw2/) MUSCLE (http://www.ebi.ac.uk/tools/msa/muscle/) 19

20 COBALT (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/cobalt/) 20

21 21

22 22

23 BLAST Basic Local Alignment Search Tool O que é? = é um algoritmo para acessar um banco de dados e buscar sequências de aminoácidos ou nucleotídeos que sejam similares a uma sequência-alvo específica Qual o objetivo do BLAST? = comparar informações de sequências biológicas primárias Tipos de BLAST Tipos de BLAST Query (sequênciaalvo) Hits (sequências retornadas) blastn Nucleotídeos Nucleotídeos blastp Aminoácidos Aminoácidos blastx tblastn tblastx Nucleotídeos (Seis matrizes de leitura) Nucleotídeos (Seis matrizes de leitura) Aminoácidos Aminoácidos Nucleotídeos (Seis matrizes de leitura) Nucleotídeos (Seis matrizes de leitura) 23

24 chance do acaso VALOR DE CONFIANÇA Valor de E Confiança Query AGTTTAGAGATTCCGCCTGGCGCTGGAAGAGATCAGG 24

25 Query AGTTTAGAGATTCCGCCTGGCGCTGGAAGAGATCAGG Hit 1 CCGCCTGG Query AGTTTAGAGATTCCGCCTGGCGCTGGAAGAGATCAGG Hit 1 CCGCCTGG Hit 2 GAGATTCCACCTGGCCATGGAAGAGA 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 OUTRAS FERRAMENTAS PARA ANALISAR SEQUÊNCIAS ORF Finder ORF = Open Reading Frame 30

31 ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA... RF 1 ATG CCA TGC GAT GTT TGA RF 2 RF 3 A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT... AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC... ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA... RF 1 ATG CCA TGC GAT GTT TGA RF 2 RF 3 A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT... AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC... 31

32 ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA... RF 1 ATG CCA TGC GAT GTT TGA RF 2 RF 3 A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT... AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC... ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA... RF 1 ATG CCA TGC GAT GTT TGA RF 2 RF 3 A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT... AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC... 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 Transeq Traduz em aminoácidos uma sequência de nucleotídeos 37

38 Busca por Motifs Motif (ou domínio): é um padrão de sequência de nucleotídeo ou aminoácido, normalmente associada a alguma significância biológica GENE SEQUÊNCIA DE NUCLEOTÍDEOS OU AMINOÁCIDOS MOTIF 38

39 pfam Banco de dados de famílias de proteínas Busca e alinhamento de motifs característicos de cada família 39

40 40

41 (http://hits.isb-sib.ch/cgi-bin/pfscan) 41

42 (http://www.genome.jp/tools/motif/) 42

43 43

44 Bibliografia em Bioinformática Bibliografia em Bioinformática 44

45 Bibliografia em Bioinformática Bibliografia em Bioinformática 45

46 For Dummies Collection 46

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