Pequenos Negócios Desafios e Perspectivas - AVANÇOS 2011–2014
Avanços e perspectivas em Bioinformática
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Avanços e perspectivasem Bioinformática
Semana Acadêmica da ComputaçãoLeandro Lima – 17/08/2012www.ime.usp.br/~llima
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Quem sou eu* Bacharel em Ciência da Computação
Universidade Federal do Ceará (2003-2006)
* Mestre em Ciência da Computação
Universidade de São Paulo (2007-2009)
* Doutorando em Bioinformática
Universidade de São Paulo (2011- ????)
Trabalhos atuais:
* Hospital AC Camargo – Centro Internacional de Pesquisa e Ensino – Laboratório de Bioinformática e Bioestatística
* FMU – Professor do curso de Ciência da Computação
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Sumário
- Um pouco de Biologia
- Informação biológica: gerar, armazenar, analisar
- Genômica
- Sequenciamento de DNA
- Aplicações / análises
- Perspectivas / direcionamentos
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Uma definição de Bioinformática
“Uso da Computação e Estatística para gerar, armazenar e analisar
dados biológicos”
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Um pouco de Biologia (I)
Gregor Mendel
("Ensaios com plantas
híbridas", 1865)
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Um pouco de Biologia (II)
Watson e Crick e a estrutura do DNA
(1953)
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Imagem: http://pathology.jhu.edu/pc/BasicCauses.php
Um pouco de Biologia (III)
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Dogma Central daBiologia Molecular
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Geração de informação biológica
Resultado da busca do site do NCBI (National Center for Biotechnology Information)
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Geração de informação biológica
PubMed: catálogo dos artigos científicos
Taxonomy: classificação de organismos
Genome: sequências completas de genomas
Gene: informações de genes
GEO Profiles: perfis de expressão gênica
Protein: banco de sequências
SNP: variações genéticas curtas
PubChem: banco de estruturas e interações químicas (drogas)
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Exemplos de informações: gene BRCA1 (Homo sapiens)
Localização: 17q21 (41196312..41277500)
Tamanho: 81189 bases
Transcritos: NM_007300.3, NM_007294.3, ...
Interações: ABL1, MSH6, BRCA2, BRIP1, ...
Alterações comuns: rs8176320, rs12516, rs34214126, ...
Vias metabólicas: reparo de DNA, ciclo celular, …
Sequência: GTACCTTGATTTCGTATTCTGAGAGGCTGCTGCTTAG...
Fonte: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/672
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Mais um pouco de Biologia
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Mais um pouco de Biologia
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O genoma é toda a informação hereditária de um organismo que
está codificada em seu DNA
Etapas de estudo:
(1) Sequenciamento
(2) Montagem (com ou sem referência)
(3) Anotação
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ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Sequenciamento
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ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Montagem
![Page 17: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/17.jpg)
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Anotação
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Sequenciamento de DNA
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Sequenciamento de DNA
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Um pouco de HistóriaProjeto Genoma Humano
iniciado em 1990 – “concluído” em 2003
Hoje (2012): 2 diaspara sequenciarTamanho do genomacompleto: ~3GB
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Alguns tamanhos de genomas
- HIV (vírus): 9.7kb
- Haemophilus influenzae (bactéria): 1.8Mb
- Arabidopsis thaliana (planta): 157Mb
- Drosophila melanogaster (mosca): 130Mb
- Mus musculus (rato): 2.7Gb
- Homo sapiens (você): 3.2Gb
- Polychaos dubium (ameba): 670Gb
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![Page 24: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/24.jpg)
Alinhamento de sequências
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Um exemplo usandoprogramação dinâmica
Alinhar as sequências
G A A T T C A G T T A
G G A T C G A
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Resultado
G _ A A T T C A G T T A
| | | | | |
G G _ A _ T C _ G _ _ A
Score = 6
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Outros estudos
- Single-nucleotide polymorphism (SNP, do inglês polimorfismo em único nucleotídeo)
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Outros estudos (II)
- Copy-number variation
(CNV, do inglês variação
no número de cópias)
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Dogma Central daBiologia Molecular
Expressão gênica(mRNA)
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Medida de expressão Medida de expressão gênica (ex: microarrays)gênica (ex: microarrays)
Figuras: http://www.chrisdellavedova.com http://www.har.mrc.ac.uk/services/MPC/microarray/
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NúmerosNúmeros
gene Am1 Am2 Am3 Am4 Am5 …A 2.5 1.5 5 6.3 3.4 …B 3.2 5.6 4.4 4 7 …C 4.5 10.3 1.2 5.5 5 …D 1.5 3.2 4.5 3.4 4.5 …E 3.5 6.7 2.6 2.5 2.5 …… … … … … … …
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Padrões de expressãoPadrões de expressão
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Clustering analysis(análise de agrupamento)
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Funções biológicasFunções biológicas
![Page 42: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/42.jpg)
Redes biológicasRedes biológicas
![Page 43: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/43.jpg)
Redes biológicasRedes biológicas
![Page 44: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/44.jpg)
Redes droga-alvosRedes droga-alvos(drug-target networks)(drug-target networks)
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Diseasome (rede das doenças)Diseasome (rede das doenças)
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Exemplo de uma análise usando expressão gênica
1 - Dada uma doença X, coletamos (os biólogos, na verdade) amostras de tecido de 20 pessoas doentes e 20 pessoas sem a doença
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Exemplo de uma análise usando expressão gênica
2 – Após verificar que a qualidade dos dados está boa, analisamos o padrão de expressão dos genes nos dois grupos e tentamos identificar quais tiveram uma padrão diferente (chamamos esses genes de diferencialmente expressos)
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Exemplo de uma análise usando expressão gênica
![Page 49: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/49.jpg)
Exemplo de uma análise usando expressão gênica
3 – Identificar as funções biológicas relacionadas a esses genes diferencialmente expressos (tanto os super-expressos quanto os sub-expressos)
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Exemplo de uma análise usando expressão gênica
![Page 51: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/51.jpg)
Exemplo de uma análise usando expressão gênica
4 – Identificar a rede de genes relacionados a essa lista e identificar os mais importantes usando informações topológicas (exemplos: grau do vértice; centralidade; participação em comunidades; é ponte?)
![Page 52: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/52.jpg)
Exemplo de uma análise usando expressão gênica
![Page 53: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/53.jpg)
O que estudar?Computação
- programação/análise de algoritmos
- mineração de dados/reconhecimento de padrões
- teoria dos grafos
- programação paralela e distribuída
- bancos de dados
Biologia
- Biologia molecular/celular
Estatística
- análise de gráficos
- inferência/teste de hipótese
![Page 54: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/54.jpg)
Linguagens mais usadas
![Page 55: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/55.jpg)
Pós-graduações no Brasil
- Programa Interunidades de Pós-Graduação em Bioinformática-USP
http://www.ime.usp.br/posbioinfo/
- Programa de Pós-Graduação em Bioinformática-UFPR
http://www.bioinfo.ufpr.br
- Programa de Pós-Graduação em Bioinformática-UFMG
http://www.pgbioinfo.icb.ufmg.br/
![Page 56: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/56.jpg)
Onde trabalhar
- Hospitais
- Universidades
- Instituições de pesquisa (agropecuária, biomédica, etc.)
- Farmacêuticas
- Prestadoras de serviços
![Page 57: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/57.jpg)
Outras dicas- Comece a estudar cedo
- Procure um grupo de Bioinformática (Computação, Biologia, Matemática, Farmácia, Medicina)
- Estude inglês
- Use Linux
- Siga blog / perfis do Twitter relacionados a Bioinfo
- Pense sobre passar um tempo fora (do Ceará, do Brasil)
![Page 58: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/58.jpg)
Broad Institute of MIT and Harvard (junho de 2012)
![Page 59: Avanços e perspectivas em Bioinformática](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062313/5589d8f8d8b42a3a1d8b458a/html5/thumbnails/59.jpg)
Broad Institute of MIT and Harvard (junho de 2012)
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Perguntas?Perguntas?