Introdução à Bioinformática e Aplicações

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

Células Tecidos

Tecidos Órgãos Sistemas Organismo

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 2017. Edition, McGraw-Hill Education, DNA

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

Projetos Genoma Completos e/ou Publicados 206.095, 186.390 Homo sapiens Arabidopsis thaliana Mus musculus C. elegans D. melanogaster Projetos em andamento por domínio: M. leprae 1.661 (1.625) arqueobactérias 111.066 (98.879) bactérias Vibrio cholerae P. falciparum M. tuberculosis N. meningitidis 44.031 (38.231) eucariotos 50.147 (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

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

Linha do Tempo da Bioinformática

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 191273 gb K02233.1 GPIINS cds CTGCAGACCCAGCACCAGGGAAATG... BD de sequências >gi 387059 gb AAA37041.1 insulin MALWMHLLTVLALLALWGPNTNQ... >gi 4504347 ref NP_000549.1 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

Sequências de DNA e Proteínas >gi 28302128 ref NM_000518.4 Homo sapiens hemoglobin, beta (HBB), mrna, 626 bp ACATTTGCTTCTGACACAACTGTGTTCACTAGCAACCTCAAACAGACACCATGGTGCATCTGACTCCTGA GGAGAAGTCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGCAAGGTGAACGTGGATGAAGTTGGTGGTGAGGCCCTGGGC AGGCTGCTGGTGGTCTACCCTTGGACCCAGAGGTTCTTTGAGTCCTTTGGGGATCTGTCCACTCCTGATG CTGTTATGGGCAACCCTAAGGTGAAGGCTCATGGCAAGAAAGTGCTCGGTGCCTTTAGTGATGGCCTGGC TCACCTGGACAACCTCAAGGGCACCTTTGCCACACTGAGTGAGCTGCACTGTGACAAGCTGCACGTGGAT CCTGAGAACTTCAGGCTCCTGGGCAACGTGCTGGTCTGTGTGCTGGCCCATCACTTTGGCAAAGAATTCA CCCCACCAGTGCAGGCTGCCTATCAGAAAGTGGTGGCTGGTGTGGCTAATGCCCTGGCCCACAAGTATCA CTAAGCTCGCTTTCTTGCTGTCCAATTTCTATTAAAGGTTCCTTTGTTCCCTAAGTCCAACTACTAAACT GGGGGATATTATGAAGGGCCTTGAGCATCTGGATTCTGCCTAATAAAAAACATTTATTTTCATTGC >gi 4504349 ref NP_000509.1 beta globin [Homo sapiens] - 147 aa MVHLTPEEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNPKVKAHGKKVL GAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHFGKEFTPPVQAAYQKVVAGV ANALAHKYH

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

Crescimento de Dados de Estruturas 3D de Macromoléculas Biológicas Uma rápida olhada no PDB! (14/08/2018) Das 143.392 estruturas 3D de macromoléculas biológicas no PDB: 44.717 são únicas ou não-redundantes 39.652 são de origem humana 10.306 contém ácidos nucleicos

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

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: 346-358, 2001.

Aplicações

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: