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BG052

Professor: Ricardo Lehtonen R. de Souza

Email: polimorfismos.ufpr@gmail.com

Professora Daniela Morais Leme

email: danielamoraisleme@gmail.com

Laboratório de Polimorfismos e Ligação

Linha de Pesquisa: Genes de interesse clínico

Estudos de associação entre genes candidatos e

doenças/características multifatoriais:

•Dislipidemias

•Síndrome Metabólica

•Obesidade

•Alzheimer e Parkinson

•LEC

Breve Histórico da Genética:

hereditariedade e variação

Hereditariedade e Variação

Hereditariedade

→ semelhante gera semelhante.

Variação

→ diversidade de seres vivos em

diferentes níveis.

Proveito da hereditariedade e da

variação:

domesticação de animais –

produção animal e vegetal -

características de interesse

econômico

• Seleção de progenitores.

• Geração de híbridos.

Falta de conhecimento básico sobre

os mecanismos que controlam a

hereditariedade e a variação!!!

Busca por padrões: intensificada a

partir da segunda metade do século

XIX.

Variação

Charles Darwin (1859)

Evolução lenta, gradual e contínua.

Mudanças divergentes - maior

número de espécies atuais.

Seleção natural: sobrevivência e

reprodução diferencial dos mais

adaptados.

Hereditariedade

Gregor Mendel (1865) - Leis da hereditariedade

A Pureza dos Gametas

A Segregação Independente

•Fatores mendelianos nos cromossomos (1902) → Walter

Sutton e Theodor Boveri.

• Conjunto

cromossômico

diploide.

• Meiose: gametas

haplóides.

• Correlação com

resultados Mendel:

• Genes são parte

dos cromossomos

• Genes em

cromossomos

diferentes -

proporções de

9:3:3:1

Os termos gene, genótipo e fenótipo (1909) → Wilhelm

Johannsen.

Segregação independente e ligação

Segregação Independente de Mendel → genes

localizados em cromossomos diferentes

segregam-se independentemente durante a

meiose.

Alguns genes localizados no mesmo cromossomo

→ genes ligados

Genes não ligados:

localizados em

cromossomos

diferentes

Genes ligados:

genes em um

mesmo

cromossomo em

loci próximos

Mecanismo para permuta dos genes entre

cromossomos homólogos → crossing over

A base citológica do crossing over foi descrita pelo citologista belga F.A. Janssens

Mapeamento cromossômico

• Thomas Morgan e seus alunos →

exploraram as implicações do

crossing over

Genes localizados próximos no

mesmo cromossomo segregam

juntos mais frequentemente (maior

ligação) do que genes mais

afastados.

• Recombinação como uma ferramenta de

localizar (mapear) as posições relativas dos

genes nos cromossomos: Mapa genético

• Genes dispostos de forma linear.

• Cada cromossomo com um conjunto

de genes diferentes, localizados em

locais específicos (locus: singular;

loci: plural)

Mosca da fruta

Drosophila

melanogaster

Teoria Cromossômica da Herança (1910)

Thomas Morgan e seus

alunos exploraram as

formas alternativas de um

mesmo gene (alelos)

gerados por mutações.

• Primeiro mutante de D. melanogaster → olhos

brancos.

• Localização de alelos selvagem e mutantes

nos cromossomos.

Cromossomos

•Proteínas

•Ácidos Nucleicos

•DNA - ácido desoxirribonucleico

•RNA - ácido ribonucleico

Material Genético: três funções

essenciais

Função genotípica → replicação

Função fenotípica → expressão gênica

Função evolutiva → mutação

Evidências indiretas de que o DNA

possui a informação genética dos

organismos vivos

•Maioria do DNA está nos cromossomos

•Correlação entre quantidade de DNA e

número de cromossomos das células.

•Composição do DNA é a mesma nas

diferentes células de um organismo.

•DNA é mais estável que RNA e proteínas.

Descoberta da Transformação em Bactérias

Frederick Griffith (1928)

Pneumococos

Encapsulados: tipo S → virulentos

Não-encapsulados: tipo R → avirulentos

Composição de polissacarídeos da

cápsula: tipos antigênicos (Tipo I, II, III, etc)

A primeira evidência direta (1944)

Avery, McLeod e McCarthy

DNA é responsável pela transformação bacteriana.

Estrutura do DNA - Conjunto de evidências

científicas

Erwin Chargaff (1949 - 1950)

•Concentrações iguais

Adenina (A) e Timina (T)

Citosina (C) e Guanina (G)

•Concentração total

pirimidinas (C+T) = purinas (A+G)

Nesta mesma

época, outro grupo

de químicos

orgânicos mostrou

que nucleotídeos do

DNA eram unidos

por ligações

fosfodiéster 3’-5’

Maurice Wilkins e Rosalind Franklin (1953)

Padrões de difração de raios X → molécula bifilamentar e helicoidal

com subunidades repetidas.

Estrutura e modelo de replicação do

DNA: a Dupla Hélice

Watson e Crick (1953)

•Dupla hélice dextrógira → Dois filamentos

helicoidizados.

•Pontes de Hidrogênio: bases

complementares.

•Pares de bases perpendiculares ao eixo da

molécula.

•Filamentos antiparalelos.

•Estabilidade → Pontes de Hidrogênio e

interações hidrofóbicas.

Prêmio Nobel de Medicina

1962

Estrutura dos ácidos nucleicos (DNA e

RNA)

Subunidades repetidas: nucleotídeos

Cada nucleotídeo:

•Grupo fosfato;

•Pentose;

•Base nitrogenada.

Material Genético: três funções essenciais

Função genotípica → replicação

Função fenotípica → expressão gênica

Função evolutiva → mutação

Estrutura cromossômica de eucariontes

•Um conjunto de genes por cromossomo.

•Uma molécula de DNA por cromossomo.

•Vários cromossomos no núcleo das células.

•Cromatina: DNA + proteínas cromossômicas + RNA.

•Relação organização da cromatina e função DNA

– Cromossomos compactados em graus variáveis:

regional e fase do ciclo celular.

Fluxo da informação

DNA

(Genoma)

mRNA

Cadeia

polipeptídica

(proteína)

Fenótipo

Dogma Central

da Biologia

Molecular

Produto gênico:

cadeia polipeptídica ou

uma molécula de RNA

Mudanças no genótipo

podem refletir como

mudanças no fenótipo

Era pré-genômica

1859 1866 1900 1902 1910 1953

Limitações ???

Avanços nas técnicas de biologia molecular →

Revolução nas pesquisas genéticas

Era pós-genômica

1859 1866 1900 1902 1910 1953 1977 2001

Sequenciamento do DNA

- Sequenciamento do genoma humano → Método

de Sanger com terminadores

Sequenciamento do Genoma Humano

- 2000 → O “rascunho” do “livro da vida” foi

anunciado na casa branca

Craig Venter Bill Clinton Francis Collins

Clinton

“A finalização do projeto

genoma irá revolucionar o

diagnóstico, prevenção e

tratamento da maioria, se

não de todas, as doenças

humanas”

Collins

“A medicina personalizada

está por nascer a partir do

2010”

Sequenciamento do Genoma Humano

- Fevereiro/2001 → Publicação do primeiro

“rascunho” do Genoma Humano

International Consortium

Grupos acadêmicos (Lander

et al., 2001)

Celera Genomics

Companhia privada (Venter

et al., 2001)

454 Solexa - Illumina SOLiD - ABI

~120 MB de DNA

por corrida

~01 GB de DNA

por corrida

~03 GB de DNA

por corrida

12KB/US$ 100KB/US$ 300KB/US$

Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração

(NGS)

Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS)

Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS)

A corrida para U$ 1000 genoma

• Projeto Genoma Humano (primeiro rascunho, 2001)

- > U$ 3 bilhões (incluindo desenvolvimento e

tecnologia)

- Despensas com materiais → U$ 300 milhões

• Final de 2007 → U$ 1-2 milhões para sequências

completas de genoma de mamíferos

Como chegar no U$ 1000 por genoma?

- Baixo custo

- Alto rendimento

- Alta precisão

HiSeq X Ten - Illumina

Janeiro 2014

The MinION is commercially available, simply by paying a starter-pack fee of $1,000. The MinION starter pack includes materials you need to run initial sequencing experiments, including a MinION device, flow cells and kits, as well as membership of the Nanopore Community.