biotecnologia genomica na era do sequenciamento de dna em larga escala
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Biotecnologia genômica na era do sequenciamento de alto desempenho
Prof. Rinaldo Wellerson Pereira Bolsista Produtividade CNPq 2
Universidade Católica de Brasília
Orientador Permanente:Ciências Genômicas e Biotecnologia, UCB
Educação Física, UCB
Orientador Credenciado:Patologia Molecular, UNB
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DNA
mRNA
Proteínas
Variação Normal ou Patológica
Dogma Central
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Cromatina
mRNA ncRNA
Proteínas
Variação Normal ou PatológicaAmbiente
Variação em seqüência Variação estrutural Variação química na cromatina
Epigenômica
Genômica
Transcritômica
Proteômica
Dogma Central
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Sequenciamento de DNA
• 1977 -2004 – Evolução e consolidação do método de Sanger
• 2004 - ……. – Plataformas de NGS – Next Generation Sequencing (Na verdade pode ser: “Now Generation Sequencing”)
• Segunda Geração • Terceira Geração
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Shendure, 2008 – Nature Biotechnology
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Venter, 2010 - Nature
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Venter, 2010 - Nature
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As plataformas
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454 Roche
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454 Roche
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Futuro – novas tecnologias para seqüenciamento de DNA
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Genome Analyser - Illumina
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Genome Analyser - Illumina
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Genome Analyser - Illumina
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Solid Systems – Life Technologies
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Helicos - Helicospe
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Pacific BioscienceSMRT
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Nature Reviews Genetics, 31-45, 2010
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Custos
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Sequenciando Genomas para Investigar Variabilidade
• SNVs – Single nucleotide variants
• SNPs – Single nucleotide polymorphisms
• CNVs – Copy number variants
• CNPs – Copy number polymorphisms
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http://jimwatsonsequence.cshl.edu/cgi-perl/gbrowse/jwsequence/
Sequenciado com 454
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Genomas Individuais
Bentley et al.
Wang et al.
http://yh.genomics.org.cn/
http://www.illumina.com/HumanGenome/
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Explosão de Genomas Individuais
2001
2004
2007
2008
20092010
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Mais e mais Genomas Individuais
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Antropologia Molecular
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Sequenciamento de Genomas como método de diagnóstico
• Exoma
• Genoma Total
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Exoma
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Targeted Resequencing
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Transcritoma - RNAseq
• Splicing Alternativo
• ncRNA
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Splicing Alternativo
• 95% de sequências codificantes multiexônicas apresentam splicing altertivo
• Estima-se que em média, cada sequências codificantes multiexônicas tenha 7 isoformas
• Há variação interpopulacional e interindividual no repertório de isoformas em diferentes tipos celulares
• No começo do começo do entendimento de como estas variações contribuem para a variabilidade normal e patológica
• NGS tem clara vantagem sobre microarranjos baseados em transcritos conhecidos
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RNAs não codificantes
• 90% do genoma humano é transcrito
• Small ncRNA
• Long ncRNA
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Epigenômica
• Metilação em DNA– Sequenciamento de DNA tratado com bisulfito
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Epigenômica• Mapeando DNA associado à modificações em
histonas (CHIP)
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CHIP e NGS
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Modificações em Histonas
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Genoma
mRNA ncRNA
Proteínas
Variação Normal ou PatológicaAmbiente
Variação em seqüência Variação estrutural Variação química na cromatina
Epigenômica
Genômica
Transcritômica
Proteômica
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Onde estamos na UCB
• Genômica DF– 454 Titanium– Illumina GAIIx
• Projetos– RNAseq em Leucemia linfóide aguda (FAP-DF)– RNAseq, Metiloma e ChipSeq em projeto de investigação
de mecanismos moleculares envolvidos na adaptação molecular ao exercício aeróbio (Pronex – FAP-DF)
– Exoma, metiloma, RNAseq em Paciente com trissomia do 21/Down e doença mielopoiética transitória com e sem evolução para leucemia (Submetido Edital Universal)
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Craig Venter e o genoma sintético
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O Personagem
• 1991 – Expressed Sequenced Tags• 1992 – TIGR – The Institute of genome
research• 1995 – Sequenciamento do genoma de
Haemophilus utilizando a técnica de shotgun
• 2001 – Rascunho do Genoma Humano• Dezenas de outros genomas• 2009 – Primeiro Genoma Individual
Humano
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Os parceiros
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Os caminhos para a célula sintética1995-2010
• Menor genoma de um organismo com capacidade de se autorreplicar
• Ferramenta importante para entender o conjunto mínimo de genes necessários para vida
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Genoma Mínimo
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Genoma Mínimo
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Transplante de Genomas
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Genoma Sintético
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Mais eficiência
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Da bactéria para levedura, de volta para a bactéria
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Futuro
• Compreensão da função da maioria dos genes em uma célula
• Construção de genomas mínimos com circuitos complexos para síntese de fármacos, biocombustíveis.....
• Preocupação com a impossibilidade de prever os caminhos da biologia (caminhos tomados por um organismo sintético)
• Preocupação com bioterrorismo ou bioerro
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Obrigado