Meta’omics

Leandro Nascimento Lemos

Doutorando em Biologia na Agricultura e no AmbienteSupervisor: Profa. Dra. Siu Mui Tsai

Maio/2016

Leandro Nascimento Lemos Meta’omics

Novas perspectivas em estudos de Ecologia Microbiana

Descobrir novos microrganismos nao-cultivaveis(biodiversidade desconhecida).

Leandro Nascimento Lemos Meta’omics

Novas perspectivas em estudos de Ecologia Microbiana

1 Sequenciamento massivo de DNA.2 Desenvolvimento de supercomputadores.3 Desenvolvimento de novas ferramentas computacionais (de

Bioinformatica).

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Ciencia de Dados (Data Science)

Acesso a informacao e como transformar a informacao emconhecimento;

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Ciencia de Dados (Data Science)

Acesso a informacao e como transformar a informacao emconhecimento;https://www.youtube.com/watch?v=OE63BYWdqC4

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Novas perspectivas em estudos de Ecologia Microbiana

1 Sequenciamento massivo de DNA.2 Desenvolvimento de supercomputadores.3 Desenvolvimento de novas ferramentas computacionais (de

Bioinformatica).

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1. Sequenciamento massivo de DNA

Illumina Hiseq: sequenciamento de ate 2.000 genomasmicrobianos em uma unica corrida.

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1. Sequenciamento massivo de DNA

Ebola em 2015. 28.599casos 11.299 mortes naAfrica Ocidental.Sequenciamento:Caracterizar o agenteinfeccioso e determinar astaxas de mutacoes.Ganhos: Identificacao detracos adaptativos ecaracterizacao de respostasdo vırus a vacinas etratamentos.

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1. Sequenciamento massivo de DNA

MinIon: Sequenciador portatil USB.

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1. Sequenciamento massivo de DNA

MinIon: Strand sequencing - DNA passa intacto em umnanoporo proteico, sendo sequenciado em tempo real, assimque a molecula ultrapassa o poro.https://www.youtube.com/watch?v=BNz880V52rQ

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2. Desenvolvimento de supercomputadores

Velocidade dos avancos nacapacidade deprocessamento earmazenamento de dados.

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2. Desenvolvimento de supercomputadores

Lei de Moore: Numero de transistores em um chip dobrariaa cada 18 meses, mantendo ou diminuindo o custo deproducao e o espaco ocupado pela peca.

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2. Desenvolvimento de supercomputadores

Alta capacidade deprocessamento,armanezamento e memoria;Illumina Hiseq(18.000.000/reads poramostra);128 processadores e 2 TBde memoria ram.

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3. Bioinformatica

O que e: Aplicacao da Cienciade Dados na resolucao deproblemas biologicos;Desafio: processar umaavalanche de dados gerados porsequenciadores de nova geracao;Solucao: Produzir novasferramentas computacionais.

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3. Bioinformatica

Ferramentas deProcessamento:

Ferramentas deVisualizacao:

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Bioinformatica: Human Microbiome Project

Explorar as relacoes entre doencas humanas com alteracoes namicrobiota;Desenvolvimento de novas ferramentas de Bioinformatica

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Bioinformatica: Human Microbiome Project

Desenvolvimento de novas ferramentas de Bioinformatica(IMG/M)

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Novas perspectivas em estudos de Ecologia Microbiana

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Estudos de comunidades microbianas (ou de microbiomas)

Tecnicas independentes de cultivo de microrganismos;Microrganismos nao-cultivaveis sao a maioria!Meta’omics: integracao de diferentes tipos de dados.

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Reconstrucao de genomas em amostras de metagenomaspor Single-cell

Separacao de celulas de bacterias nao-cultivaveis;Extracao de DNA e amplificacao do genoma total;Sequenciamento e Bioinformatica.

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Reconstrucao de genomas em metagenomas por Single-cell

Separacao de 9.600 celulas e sequenciamento de 201 genomasde bacterias e arqueias nao-cultivaveis;Muitos grupos ainda desconhecidos (”microbial dark matter”);

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Reconstrucao de genomas em metagenomas por Single-cell

Codon de parada UGA codifica uma glicina;Sıntese de purina de arqueias presentes em bacterias (transferenciahorizontal de genes);

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Reconstrucao de genomas em amostras do metagenomatotal

Metagenomas = multiplos genomas presentes em umaamostra ambiental.Genomas microbianos sao parecidos (evolucao) == dificultao processo de separacao (ou montagem);

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Reconstrucao de genomas - Binning

Solucoes: Montagem e Binning

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Reconstrucao de genomas - Binning

Reconstrucao do genoma de uma bacteria nao-cultivavel dofilo TM7;

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Nova arvore da vidaPontos vermelhos indicam grupos que ainda nao foram cultivados.

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Aplicacao da Meta’omics: Doencas inflamatoriasintestinais

Doenca Crohn e colite ulcerativa;Relacao entre as alteracoes em vias de sinalizacao em humanos e aestrutura da microbiota (Knights et al., 2014);

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Aplicacao da Meta’omics: Doencas inflamatoriasintestinais

The Inflammatory Bowel Disease Multi’omics Database(https://ibdmdb.org/; Equipe multidisciplinar.

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BMP - Brazilian Microbiome Project

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Onde aprender?

Coursera: https://www.coursera.org

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Onde aprender?

Coursera: https://www.coursera.org

Gut Check: Exploring Your Microbiome

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Obrigado pela atencao!

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