Genômica. Desenvolvimento e Aplicações. Prof. Manoel Victor

Transcrição

1 Genômica Desenvolvimento e Aplicações

2 Definições Genoma: informações do complemento genético de um indivíduo ou de sua espécie freqüentemente entendido como a seqüência de nucleotídeos do genoma Genômica: o estudo dos genomas (ou de suas seqüências) Transcriptoma: o conjunto de mrnaspresentes em um indivíduo, orgão ou célula Proteoma: o conjunto de proteínas presentes em um organismo, órgão ou célula

3 Perspectivas históricas

4 Total de Projetos Genoma (15/05/07) 2516 Projetos 556 genomas completos em andamento 1108 Eubacterias 59 Archaea-bacterias 720 eucariotos 73 metagenomas (DNA extraído do meio: solo, água, etc) organismos não cultiváveis por métodos tradicionais

5 Construção de um metagenoma

6 Primeiro genoma bacteriano Fleishmann et al. (1995) Haemophilus influenzae- Rd Publicação: Science v. 269: (1995) tamanho do genoma: 1,83 Mb

7 Segundo genoma bacteriano Fleishmann et al. (1995) Mycoplasma genitalium G37 Publicação: Science v. 270: (1995)

8 Causadora da tuberculose Mycobacterium tuberculosis Whole-Genome Comparison of Mycobacterium tuberculosis Clinical and Laboratory Strains. J. Bacteriol. v. 184: tamanho do genoma: 4,40 Mb

9 Causadora de úlceras gástricas Helicobacter pylori The complete genome sequence of the gastric pathogen Helicobacter pylori.nature7;388(6642):539-47, 1997

10 Eucariotos Saccharomyces cerevisae(1996) 13 Mb Plasmodium falciparum(2002) 22.9 Mb Caenorhabditis elegans(2002) 100 Mb Anophelesgambiae(2003) 278 Mb Homo sapiens (2003) 2900 Mb etc

11 Objetivos dos Projetos Genoma

12 Utilização das informações dos genomas informações úteis para compreensão de problemas causados envolvendo: saúde pública elaboração de estratégias para controle ou erradicação dos agentes etiológicos descoberta de terapias etc

13 Projeto Genoma Humano

14 Projeto Genoma Humano 1991 conseguir as seqüências completas dos 46 cromossomos (todos os genes) duração da proposta: cerca de 15 anos custo: alguns bilhões de dólares

15 Começar com o quê? O DNA é o material genético A informação genética é codificada na ordem dos nucleotídeos (A, T, C e G) O genoma teria ao redor de 10 9 pb Estudos de genética molecular indicavam: um nível básico de organização do genoma a natureza dos genes, existência de elementos de regulação e outros componentes do genoma

16 Objetivos a serem atingidos a seqüência bruta do genoma humano bilhões de As, Ts, Cse Gs a partir daí deduzir: a seqüência de todos nossos genes a seqüência de todas proteínas expressas estudos de doenças e/ou malformações genéticas estabelecer relações evolutivas mecanismos de regulação gênica determinar as bases das doenças genéticas e suas suscetibilidades

17 Abordagens e estratégias

18 Abordagem: seqüenciamento por shotgun Vetores podem ser de diferentes tipos: plasmidios cosmidios BACs YACs

19 Abordagem: seqüenciamento por shotgun

20 Abordagem: seqüenciamento por shotgun gerar enorme quantidade de seqüências de fragmentos de DNA humano utilizando procedimentos automatizados montagem destas seqüências com auxilio de computadores gerar seqüências completas anotar as seqüências (identificação dos genes, etc) por computação surgimento da BIOINFORMÁTICA

21 Abordagem: seqüenciamento por shotgun na media são obtidas seqüências de cerca de 500 pb com boa qualidade cobertura de aproximadamente 5 X o tamanho do genoma em estudo

22 Montagem das seqüências obtidas por shotgun

23 Estatísticas do genoma humano: total de seqüências: 3,09 x 10 9 pb lote haplóide incluindo ambos os cromossomos X e Y existem cerca de 400 gaps em lugares conhecidos (isto de refere a 1% do total de DNA) porcentagem de acerto: 99,99% custo: US$ 2,7 x 10 9 site para download:

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26 Banco de genes do NCBI Crescimento do banco de genes entre 08/

27 Composição do genoma humano montagens de pedaços de seqüências com boa qualidade obtidos de vários indivíduos não se trata do genoma de nenhuma pessoa em particular presumivelmente poderá gerar um individuo humano funcional

28 A busca por genes!!!! proteínas que estão relacionadas à maioria dos processos que ocorrem nas células vivas proteínas normais processos adequados proteínas anormais quadros de doenças!!!! metabolismo desenvolvimento susceptibilidade de acometimento as proteínas são codificadas por genes assim a identificação dos genes passa a ser o objetivo mais importante do Proj. Genoma Humano

29 A busca por genes!!!! identificação automatizada de ORFs ( open reading frames ) ou fase de leitura aberta seqüências de nucleotídeos do DNA que podem ser usadas para predizer a seqüência de aminoácidos de proteínas em geral utilização do código genético sinais genéticos típicos da linguagem genética dos sistemas celulares TATA boxes; genes promotores; genes reguladores; códons de inicio e de término, etc

30 Funções dos genes cerca de genes foram identificados no genoma humano duas vezes mais do que na Drosophila cinco vezes mais do nas leveduras cerca de 50 % dos genes do genoma humano são idênticos ou muito semelhantes a outros já descritos (rato, verme, etc) mas 50 % são únicos (típicos de humanos!!!)

31 Contabilidade... a quantidade total de genes corresponde a 1,5% do total de DNA do genoma introns contam uma parcela muito grande deste valor outra parte grande corresponde aos transposons (que são elementos genéticos móveis) sem função conhecida muitos de nossos genes foram recebidos de bactérias e/ou outros invertebrados

32 Introgressões ao genoma... velocidade: + ou 600 Megabases/ano (depois da divergência entre Procariotos e Eucariotos) tais genes codificam para: proteínas comuns à espécies filogeneticamente mais próximas enzimas proteínas estruturais proteínas de defesa

33 Contribuições dos pesquisadores da UNESP/Campus de Jaboticabal Laboratórios envolvidos: Lab de Biologia Molecular Lab de Bioquímica de Microrganismos Lab de Genética de Bactérias Dpto de Tecnologia Dpto de Biologia

34 Características de alguns genomas bacterianos

35 Comparações de tamanho Xylella fastidiosa Xanthomonas citri

36 Causadora do Amarelinho Xylella fastidiosa The genome sequence of the plant pathogen Xylella fastidiosa. Nature 406, (2000). CVC

37 Nature 406, (2.000)

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39 Participação pessoal

40 Esquema das fimbrias

41 Causadora do Mal de Pierce Comparative Analyses of the Complete Genome Sequence of Pierce s disease and Citrus variegated Chlorosis strains of Xylella fastidiosa. J. Bacteriol. v.185: , PD

42 J. Bacteriol. v.185: , 2003

43 Comparações entre as duas Xylellas (MUMmer) Delcher et al 1999

44 Comparação PD X CVC

45 Comparação de três genomas

46 Comparação das 3 Xylellas

47 Uso de informações do genoma para definição de rotas metabólicas

48 Criação de meios definidos inclusão de aminoácidos específicos e necessários Curvas de Crescimento

49 Formação de biofilme fechas indicam o local de crescimento do biofilme

50 Detecção do Transposon TN1721 em X. fastidiosa

51 Avaliação de diversidade genética detecção da presença de elementos transponíveis ou de suas pegadas deixadas no genoma de bactérias hospedeiras isolados de citrus, café, videira e etc.

52 Padrões de RFLP dos produtos de PCR do TN1721

53 Alinhamento de seqüências do TN1721

54 Causadoras do cancro cítrico Xanthomonas axonopodis pv. citri Xanthomonas campestris pv. campestris. Comparison of the genomes of two Xanthomonaspathogens with differing host specificities. Nature 417, (2002).

55 Comparação dos genomas

56 Comparação dos genomas

57 Comparações entre as duas Xanthomonas (MuMmer) Delcher et al 1999

58 Características das bactérias

59 Comparações entre as duas Genes específicos Xanthomonas 800 genes para X. axonopodispv. criti 646 genes para X. campestris pv. campestris

60 Ilhas Genômicas e evolução das ilhas genômicas Hacker & Kaper Ann. Rev. Microbiol. v. 54: (2000) definição variação no conteúdo de pares C+G surgimento transferência lateral de genes composição genes de virulência; patogenicidade,etc bactérias

61 Perspectivas futuras

62 Genomas já disponíveis: