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Explorando bancos de dados genômicos e introdução à

bioinformática

22/07/2011

Guilherme Targino Valente Marcos Tadeu Geraldo

Bioinformática

• É a aplicação de estatística e ciência da computação no campo

da Biologia Molecular

• O termo foi cunhado por Paulien Hogeweg e Ben Hesper em

1978 no estudo de processos de informática em sistemas

bióticos

Paulien Hogeweg

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Objetivo da Bioinformática

Aumentar o entendimento dos processos

biológicos

Bioinformática atualmente

• Criação e avanços em:

• banco de dados

• algoritmos

• técnicas computacionais

• estatísticas

• Finalidade: solucionar problemas teóricos e

práticos oriundos da manipulação e análise de

dados biológicos

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BIOINFORMÁTICA

Sequências

Genomas

Evolução

Regulação e expressão

gênica

Modelagem biológica

Estrutura molecular

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Importância da Análise de Sequências

• Comparação de sequências para analisar suas semelhanças e diferenças

• Análise da estrutura de genes: matrizes de leitura, distribuição de introns e exons e elementos regulatórios

• Busca por pontos de mutação, a fim utilizá-los como marcadores genéticos

• Informações sobre evolução e diversidade genética entre organismos

• Análise da funcionalidade de genes

Como recuperar sequências

dentro de um banco de dados

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FASTA

Programa de alinhamento e análise de

sequências criado por W.R. Pearson e D.J.

Lipman em 1988

Formato da sequência:

> nome_da_sequência

ARCGTCRGCKINTANDRGCKINTANDCKINTAN

DARCGTCRGCKINTANDRGCKINTAND

Linha de definição

Sequência

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Como obter sequências

experimentalmente?

Gene ou sequência de interesse

Restrição Enzimática

Reação em cadeia da polimerase (PCR)

http://www.bioinformatics.nl/cgi-bin/primer3plus/primer3plus.cgi

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Conseguimos as sequências...

...E AGORA?

Próximo passo,

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Alinhamento de sequências

• O que é? = um alinhamento de sequências é uma forma de organizar sequências primárias de DNA, RNA ou proteínas

• Por que alinhar? = identificar regiões similares que possam ser consequência de relações funcionais, estruturais ou evolucionárias entre elas

Homologia x Similaridade

Valor Qualitativo

Valor Quantitativo

Homólogo Não-homólogo

Valor de inferência

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2 sequências de um

alinhamento

Compartilham ancestral comum

Discordâncias entre as

sequências (mismatches)

Mutações pontuais

Espaços (gaps)

Inserções ou deleções

(indels)

SE,

Alinhamento: Global x Local

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Alinhamento: Par a par (pairwise alignment)

Múltiplo (multiple alignment)

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Algoritmos de alinhamento

ClustalW

MUSCLE

T-COFFEE

COBALT

MAFFT

PRRN

E muitos outros...

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CLUSTALW (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/)

MUSCLE (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/)

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COBALT (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/cobalt/)

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BLAST Basic Local Alignment Search Tool

O que é? = é um algoritmo para acessar um banco de dados e buscar sequências de aminoácidos ou nucleotídeos que sejam similares a uma sequência-alvo específica

Qual o objetivo do BLAST? = comparar informações de sequências biológicas primárias

www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/

Tipos de BLAST Query (sequência-

alvo)

Hits (sequências

retornadas)

blastn Nucleotídeos Nucleotídeos

blastp Aminoácidos Aminoácidos

blastx Nucleotídeos (Seis

matrizes de leitura) Aminoácidos

tblastn Nucleotídeos (Seis

matrizes de leitura)

Nucleotídeos (Seis

matrizes de leitura)

tblastx Aminoácidos Nucleotídeos (Seis

matrizes de leitura)

Tipos de BLAST

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VALOR DE

CONFIANÇA

chance do

acaso

Valor de E Confiança

AGTTTAGAGATTCCGCCTGGCGCTGGAAGAGATCAGG Query

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AGTTTAGAGATTCCGCCTGGCGCTGGAAGAGATCAGG

CCGCCTGG

Query

Hit 1

AGTTTAGAGATTCCGCCTGGCGCTGGAAGAGATCAGG

CCGCCTGG

GAGATTCCACCTGGCCATGGAAGAGA

Query

Hit 2

Hit 1

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OUTRAS

FERRAMENTAS PARA

ANALISAR

SEQUÊNCIAS

ORF Finder

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gorf/gorf.html

ORF = Open Reading Frame

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ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA...

ATG CCA TGC GAT GTT TGA

A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT...

AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC...

RF 1

RF 2

RF 3

ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA...

ATG CCA TGC GAT GTT TGA

A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT...

AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC...

RF 1

RF 2

RF 3

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ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA...

ATG CCA TGC GAT GTT TGA

A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT...

AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC...

RF 1

RF 2

RF 3

ATGCCATGCGATGTTTGAGCATCTA...

ATG CCA TGC GAT GTT TGA

A TGC CAT GCG ATG TTT GAG CAT...

AT GCC ATG CGA TGT TTG AGC ATC...

RF 1

RF 2

RF 3

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Transeq

• Traduz em aminoácidos uma sequência de nucleotídeos

• http://www.ebi.ac.uk/Tools/emboss/transeq/

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Busca por Motifs

• Motif (ou domínio): é um padrão de sequência de nucleotídeo ou aminoácido, normalmente associada a alguma significância biológica

GENE MOTIF

SEQUÊNCIA DE NUCLEOTÍDEOS OU AMINOÁCIDOS

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pFam

• Banco de dados de famílias de proteínas

• Busca e alinhamento de motifs característicos de cada família

• http://pfam.sanger.ac.uk/

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(http://hits.isb-sib.ch/cgi-bin/PFSCAN)

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(http://www.genome.jp/tools/motif/)

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Bibliografia em Bioinformática

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Bibliografia em Bioinformática

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For Dummies Collection