Professor: Ricardo Lehtonen R. de Souza. Professora Daniela Morais Leme.

Transcrição

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2 Professor: Ricardo Lehtonen R. de Souza Professora Daniela Morais Leme

3 Laboratório de Polimorfismos e Ligação Linha de Pesquisa: Genes de interesse clínico Estudos de associação entre genes candidatos e doenças/características multifatoriais: Dislipidemias Síndrome Metabólica Obesidade Alzheimer e Parkinson LEC

4 Breve Histórico da Genética: hereditariedade e variação

5 Hereditariedade e Variação Hereditariedade semelhante gera semelhante. Variação diversidade de seres vivos em diferentes níveis.

6 Proveito da hereditariedade e da variação: domesticação de animais produção animal e vegetal - características de interesse econômico Seleção de progenitores. Geração de híbridos.

7 Falta de conhecimento básico sobre os mecanismos que controlam a hereditariedade e a variação!!! Busca por padrões: intensificada a partir da segunda metade do século XIX.

8 Variação Charles Darwin (1859) Evolução lenta, gradual e contínua. Mudanças divergentes - maior número de espécies atuais. Seleção natural: sobrevivência e reprodução diferencial dos mais adaptados.

9 Hereditariedade Gregor Mendel (1865) - Leis da hereditariedade A Pureza dos Gametas A Segregação Independente

10 Fatores mendelianos nos cromossomos (1902) Walter Sutton e Theodor Boveri. Conjunto cromossômico diploide. Meiose: gametas haplóides. Correlação com resultados Mendel: Genes são parte dos cromossomos Genes em cromossomos diferentes - proporções de 9:3:3:1

11 Os termos gene, genótipo e fenótipo (1909) Wilhelm Johannsen.

12 Segregação independente e ligação Segregação Independente de Mendel genes localizados em cromossomos diferentes segregam-se independentemente durante a meiose. Alguns genes localizados no mesmo cromossomo genes ligados Genes ligados: genes em um mesmo cromossomo em loci próximos Genes não ligados: localizados em cromossomos diferentes

13 Mecanismo para permuta dos genes entre cromossomos homólogos crossing over A base citológica do crossing over foi descrita pelo citologista belga F.A. Janssens

14 Mapeamento cromossômico Thomas Morgan e seus alunos exploraram as implicações do crossing over Genes localizados próximos no mesmo cromossomo segregam juntos mais frequentemente (maior ligação) do que genes mais afastados.

15 Recombinação como uma ferramenta de localizar (mapear) as posições relativas dos genes nos cromossomos: Mapa genético Genes dispostos de forma linear. Cada cromossomo com um conjunto de genes diferentes, localizados em locais específicos (locus: singular; loci: plural) Mosca da fruta Drosophila melanogaster

16 Teoria Cromossômica da Herança (1910) Thomas Morgan e seus alunos exploraram as formas alternativas de um mesmo gene (alelos) gerados por mutações. Primeiro mutante de D. melanogaster olhos brancos. Localização de alelos selvagem e mutantes nos cromossomos.

17 Cromossomos Proteínas Ácidos Nucleicos DNA - ácido desoxirribonucleico RNA - ácido ribonucleico

18 Material Genético: três funções essenciais Função genotípica replicação Função fenotípica expressão gênica Função evolutiva mutação

19 Evidências indiretas de que o DNA possui a informação genética dos organismos vivos Maioria do DNA está nos cromossomos Correlação entre quantidade de DNA e número de cromossomos das células. Composição do DNA é a mesma nas diferentes células de um organismo. DNA é mais estável que RNA e proteínas.

20 Descoberta da Transformação em Bactérias Frederick Griffith (1928) Pneumococos Encapsulados: tipo S virulentos Não-encapsulados: tipo R avirulentos Composição de polissacarídeos da cápsula: tipos antigênicos (Tipo I, II, III, etc)

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23 A primeira evidência direta (1944) Avery, McLeod e McCarthy DNA é responsável pela transformação bacteriana.

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25 Estrutura do DNA - Conjunto de evidências científicas Erwin Chargaff ( ) Concentrações iguais Adenina (A) e Timina (T) Citosina (C) e Guanina (G) Concentração total pirimidinas (C+T) = purinas (A+G)

26 Maurice Wilkins e Rosalind Franklin (1953) Padrões de difração de raios X molécula bifilamentar e helicoidal com subunidades repetidas. Nesta mesma época, outro grupo de químicos orgânicos mostrou que nucleotídeos do DNA eram unidos por ligações fosfodiéster 3-5

27 Estrutura e modelo de replicação do DNA: a Dupla Hélice Watson e Crick (1953) Dupla hélice dextrógira Dois filamentos helicoidizados. Pontes de Hidrogênio: bases complementares. Pares de bases perpendiculares ao eixo da molécula. Filamentos antiparalelos. Estabilidade Pontes de Hidrogênio e interações hidrofóbicas.

28 Prêmio Nobel de Medicina 1962

29 Estrutura dos ácidos nucleicos (DNA e RNA) Subunidades repetidas: nucleotídeos Cada nucleotídeo: Grupo fosfato; Pentose; Base nitrogenada.

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31 Material Genético: três funções essenciais Função genotípica replicação Função fenotípica expressão gênica Função evolutiva mutação

32 Estrutura cromossômica de eucariontes Um conjunto de genes por cromossomo. Uma molécula de DNA por cromossomo. Vários cromossomos no núcleo das células. Cromatina: DNA + proteínas cromossômicas + RNA.

33 Relação organização da cromatina e função DNA Cromossomos compactados em graus variáveis: regional e fase do ciclo celular.

34 Fluxo da informação DNA (Genoma) mrna Cadeia polipeptídica (proteína) Fenótipo Dogma Central da Biologia Molecular Produto gênico: cadeia polipeptídica ou uma molécula de RNA

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36 Mudanças no genótipo podem refletir como mudanças no fenótipo

37 Era pré-genômica Limitações???

38 Avanços nas técnicas de biologia molecular Revolução nas pesquisas genéticas Era pós-genômica

39 Sequenciamento do DNA - Sequenciamento do genoma humano Método de Sanger com terminadores

40 Sequenciamento do Genoma Humano O rascunho do livro da vida foi anunciado na casa branca Clinton A finalização do projeto genoma irá revolucionar o diagnóstico, prevenção e tratamento da maioria, se não de todas, as doenças humanas Craig Venter Bill Clinton Francis Collins Collins A medicina personalizada está por nascer a partir do 2010

41 Sequenciamento do Genoma Humano - Fevereiro/2001 Publicação do primeiro rascunho do Genoma Humano International Consortium Grupos acadêmicos (Lander et al., 2001) Celera Genomics Companhia privada (Venter et al., 2001)

42 Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS) 454 Solexa - Illumina SOLiD - ABI ~120 MB de DNA por corrida ~01 GB de DNA por corrida ~03 GB de DNA por corrida 12KB/US$ 100KB/US$ 300KB/US$

43 Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS)

44 Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS)

45 A corrida para U$ 1000 genoma Projeto Genoma Humano (primeiro rascunho, 2001) - > U$ 3 bilhões (incluindo desenvolvimento e tecnologia) - Despensas com materiais U$ 300 milhões Final de 2007 U$ 1-2 milhões para sequências completas de genoma de mamíferos Como chegar no U$ 1000 por genoma? - Baixo custo - Alto rendimento - Alta precisão

46 HiSeq X Ten - Illumina Janeiro 2014

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48 The MinION is commercially available, simply by paying a starter-pack fee of $1,000. The MinION starter pack includes materials you need to run initial sequencing experiments, including a MinION device, flow cells and kits, as well as membership of the Nanopore Community.