Genómica
Licenciatura em Ciências Biomédicas
Departamento de Ciências da Saúde,
UCP
Maio2013
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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Genómica 12-13 MJC
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Metagenómica
Conjunto de
técnicas
Área do
conhecimento
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Espécies/Indivíduos
Genómica
Construção
das
sequências
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Comunidades/Ambientes
Genómica
estrutural
Epigenómica
Montagem
Anotação
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Conjunto de técnicas
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
Escala diferente de estudo
Transcende o individuo
Descreve a Comunidade
Conhecimento de redes de genes com funções supraorganismos
Biologia de sistemas para comunidades
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Dificuldades associadas à cultura
Postulados de
Koch
Identificação de
microrganismos
Descrição do MO
apenas em casos
de doença
Testes de
visualização
Cultura pura e
caracterização
Testes
bioquímicos de
culturas puras
Inoculação em
hospedeiro
saudável
Testes
moleculares de
dulturas puras
Reisolamento e
recaracterização.
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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?
Perez-Losada et al Infection,
Genetics and Evolution 16:3853, 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
E. coli :
Bactéria muito conhecida
3 estirpes da mesma espécie
(16ssRNA)
Partilha muito baixa de genes
expressos
Efeitos 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
Nature Microbiology reviews 2005
“Focus on Metagenomics”
Relembrar clonagem e vetores
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Bibliotecas de DNA
Quanto mais DNA mais informação:
Extracção eficaz para todas as espécies
Tamanho dos fragmentos é fundamental
Clonagem é um passo que pode dificultar a análise
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Daniel, R. (2005)
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Vantagens e desvantagens dos vectores
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Daniel, R. (2005)
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Procura dos genes/Anotação
• Por função
Normalmente metabólica
Implica 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
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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