Genómica

Licenciatura em Ciências BiomédicasDepartamento de Ciências da Saúde, UCP

Maio2013

Genómica 12-13 MJC 2

Sumário

• Metagenómica – o que é?• Necessidade da metagenomica• Abordagens metagenómicas:

Colheita e processamento inicial de amostras Anotação dos dados

Baseada em funções Baseada em sequências

• Resultados e aplicações. Exemplos.

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Metagenómica

Conjunto de técnicas

Área do conhecimento

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Genómica

Genómica estrutural

Construção das

sequênciasMontagem Anotação

Epigenómica

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Espécies/Indivíduos

Comunidades/Ambientes

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Conjunto de técnicas

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Métodos experimentais e computacionais

Diversidade e dificuldade na cultura dos microrganismos

Técnicas aplicadas ao conhecimento da composição e actividade das comunidades

Forma de representar uma complexidade que não pode ser caracterizada exaustivamente.

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Área do Conhecimento

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Escala diferente de estudo

Transcende o individuo

Descreve a Comunidade

Conhecimento de redes de genes com funções supra-organismos

Biologia de sistemas para comunidades

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Dificuldades associadas à cultura

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Postulados de Koch

Descrição do MO apenas em casos

de doença

Cultura pura e caracterização

Inoculação em hospedeiro

saudável

Reisolamento e recaracterização.

Identificação de microrganismos

Testes de visualização

Testes bioquímicos de culturas puras

Testes moleculares de dulturas puras

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Mas ….

• Não se conhecem os requisitos de cultivo da grande maioria dos MO

• Na natureza os microrganismos não existem em culturas puras

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Dificuldades no cultivo - Evidência

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Dificuldades no cultivo - Consequência

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Tipos de Diversidade

• Morfológica– Métodos de visualização

• Metabólica– Métodos moleculares

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O mundo é dos microrganismos

• Nº de espécies: >> Milhões?? O que é uma especie?• Nº de indivíduos: 5x1030

• Reserva de biomassa (C, N e P)• Diversidade de habitats: 340°C, tropoesfera até

profundezas do solo.• Diversidade metabólica: fotossíntese sem oxigénio,

vários tipos de fermentações, metabolismos produtores de energia a partir de vários substratos.

• Impacto ambiental: remediação, patologias, comensais, produção de energia, alimentação, fotossíntese

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Como se conhecem então os Microrganismos?

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Perez-Losada et al Infection, Genetics and Evolution 16:38-53, 2013

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Microrganismos = Desafios

• Mais diversos do que se pensava• Regras de herditariedade e evolução

diferentes das dos eucariotas

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Maior diversidade do que esperado

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E. coli :Bactéria muito conhecida3 estirpes da mesma espécie (16ssRNA)Partilha muito baixa de genes expressosEfeitos na comunidade altamente diferenciados

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Herditariedade Evolução

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Como é que a metagenómica pode ajudar?

• Abordagem:– Comunidade versus espécies ou estirpes

• Técnicas:– DNA total das amostras versus DNA amplificado

por PCR

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Abordagens experimentais

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Nature Microbiology reviews 2005 “Focus on Metagenomics”

Relembrar clonagem e vetores

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Bibliotecas de DNA

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Quanto mais DNA mais informação:Extracção eficaz para todas as espéciesTamanho dos fragmentos é fundamentalClonagem é um passo que pode dificultar a análise

Daniel, R. (2005)

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Vantagens e desvantagens dos vectores

20-05-2013Daniel, R. (2005)

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Procura dos genes/Anotação

• Por funçãoNormalmente metabólicaImplica que se consegue expressar a sequência nos vectores

• Por sequências conhecidas– Trabalho bioinformático depois da sequenciação.– Requer poder computacional extremo.

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Screening por função

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Daniel, R. (2005)

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Screening por função vs sequência

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Trabalho para a aula:

• Procurar estudos de metagenómica de ambientes humanos. Usar pesquisa do Pubmed (2 alunos), do Science direct (2 alunos) e google scholar (2 alunos).– Verificar qual foi a aproximação experimental (obtenção

e processamento inicial da amostra)– Verificar qual foi a abordagem para a clonagem utilizada– Verificar qual foi a estratégia usada para descobrir novos

genes. (Sequence driven ou function driven)– Verificar que aplicações pode ter na saúde humana

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Referências

• Nature Reviews Microbiology 3, 470-478 (June 2005) | doi:10.1038/nrmicro1160. Na pasta do molar.

• Aula de genómica WSU (Na pasta do molar).• Artigos a analisar na pasta do molar.

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