bioinformatica

Prof. Ricardo Martins Ramos *

Bioinformática = células & bits;

* Doutorando em Genética e Toxicologia Aplicada CEFET-PI/ULBRA-RS

Linha de Pesquisa Bioinformática Estrutural

Coordenador do Núcleo de Biotecnologia do CEFET-PI

Coordenador da Pós-graduação em Banco de Dados CEFET-PI

E-mail: ricardo@cefetpi.br

Visão Holística

I - Parte teóricaAlguns conceitos de bioinformática, biologia molecular, genética, banco de dados, etc...

II - Parte práticaVamos do DNA as proteínas utilizando ferramentas de informática.

1. IntroduçãoDefiniçõesSegundo Luscombe, Greenbaum e Gerstein, “bioinformática” é o ato de “conceitualizar” a biologia, na sua vertente molecular, e de lhe aplicar “técnicas informáticas” (derivadas de disciplinas como matemática aplicada, ciência da computação e estatística), de forma a entender e organizar a informação associada com tais moléculas, em larga escala.

1. IntroduçãoDefinições

A bioinformática (ou biocomputação) combina conhecimentos de química, física, biologia, engenharia genética e ciência da computação para processar dados biológicos.

Biologia Computacional consiste no teste ou aplicação de teorias ou hipóteses com base em dados experimentais ou simulados.

1. IntroduçãoDe acordo com um artigo publicado no MIT's Technology Review, atualmente essa área da ciência ainda está na primeira infância. A biocomputação está mais ou menos onde estavam os pioneiros da computação em 1920.

Hoje, a afirmação de Harold Morowitz que diz que "A Computação está para a Biologia da mesma forma que a Matemática está para a Física" é mais do que comprovada.

2. Conceitos básicosCorpo - Célula - Núcleo - Genoma - Cromossomo - Gene - DNA

Nucleotídeo -consiste em um açúcar, um grupo fosfato e uma base nitrogenada.

2. Conceitos básicosGene - um segmento do DNA que codifica para uma proteína, que codifica por sua vez para um traço (tom da pele, cor dos olhos, e outros).

3. Áreas da Bioinformática

Hoje a Bioinformática é dividida em três sub-áreas:

1) Desenvolvimento de novos algoritmos e técnicas estatísticas para encontrar relacionamentos entre atributos em grandes conjuntos de dados;

Algoritmos genéticos formam a parte da área dos Sistemas Inspirados na Natureza (Computação “Bio-inspirada”); simulando os processos naturais e aplicando-os à solução de problemas reais.

3. Áreas da Bioinformática

2) Análise e interpretação de vários tipos de dados como seqüências de nucleotídeos e aminoácidos e a função e estrutura de proteínas;

A bioinformática tradicional trata essencialmente de dados com uma dimensão, tais como, análise de seqüências de DNA, RNA e proteínas.

A bioinformática estrutural, por outro lado, trata com dados em três dimensões de estruturas de proteínas.

3. Áreas da Bioinformática

3) Desenvolvimento e implementação de ferramentas que possibilitem o gerenciamento e acesso eficientes de vários tipos de informação.

� Engenharia de Software

� Data Mining

4. Banco de Dados

1979 - GSDB (Gene Sequence Database) – primeiro banco de dados de seqüência de DNA - Los Alamos USA.

GenBank = EMBL + DDBJ + NIH (cooperação)

EMBL - Laboratório de Biologia Molecular EuropeuDDBJ - Banco de Dados de DNA do JapãoNIH - Instituto Nacional de Saúde USA

1995 - Crescimento do GenBank = Projeto Genoma Humano + Avanço na tecnologia de sequenciamento

GenBank

4. Banco de Dados

Ao contrário do GenBank, o Protein Data Bank (PDB), San Diego USA, é responsável por apenas um tipo de dado molecular, as estruturas moleculares de proteínas.

PDB

O banco de dados SWISS-PROT em ExPASy (http://www.expasy.ch/sprol) armazena seqüências de proteínas. Localizado em Geneva na Suíça.

5. Linguagens de Programação

Bio{Perl,Python,Ruby,Java}Os projectos BioPerl, BioPython, BioRuby e BioJava têm como objetivo providenciar ferramentas da área de bioinformática, baseadas, respectivamente nas plataformas Perl, Python, Ruby e Java.

As ferramentas disponibilizadas por estes projetos têm um conjunto de funcionalidades e algoritmos comuns.

5. Linguagens de Programação

Os quatro projetos estão desenvolvendo, também, em conjunto, um SGBD denominado BioSQL, especializado no armazenamento de informação genética.

BioPerl - http://www.bioperl.orgBioPython - http://www.biopython.orgBioRuby - http://www.bioruby.orgBioJava - http://www.biojava.org

6. Aplicações da Bioinformática

As recentes aplicações da bioinformática atingem hoje todas as áreas do conhecimento relacionadas com a vida e vão desde a:- medicina (diagnóstico e tratamento);- farmácia (desenvolvimento de novos fármacos);- biotecnologia (controle de qualidade e desenvolvimento e aplicação de novos produtos);- agricultura (aumento da produtividade e melhoria dos alimentos).

6. Aplicações da Bioinformática

As perspectivas futuras colocam esta área do conhecimento no centro das investigações científicas mais avançadas.

FarmacogenéticaÉ a área da Genética Bioquímica que estuda a variabilidade da resposta à drogas decorrentes da variação genética.

7. Notícias sobre BioinformáticaGrowth rate of the Bioinformatics market will be $ US 3 billion by year 2010http://www.prlog.org/10009757-growth-rate-of-the-bioinformatics-market-will-be-us-3-billion-by-year-2010.pdf

Estudo descobre cem novos genes que causam câncerhttp://correiodobrasil.cidadeinternet.com.br/noticia.asp?c=115453

Novo gene implicado na doença de Alzheimerhttp://www.mni.pt/destaques/?cod=9198&cor=azul&MNI=8c854b548dba241fa3f4295179640681

7. Notícias sobre Bioinformática

Cientistas japoneses anunciam armazenamento de dados em bactériahttp://idgnow.uol.com.br/computacao_corporativa/2007/02/28/idgnoticia.2007-02-28.4979046871/IDGNoticia_view

Variedade transgênica pode melhorar a produtividadehttp://www.diariodecuiaba.com.br/detalhe.php?cod=280189

8. Livros e cursos

Desenvolvendo BioinformáticaCynthia Gybas & Per Jambeck, Ed. Campus

Doutorado em Bioinformática Interunidades da USPhttp://www.ime.usp.br/posbioinfo/

Doutorado em Bioinformática UFMGhttp://biotec.icb.ufmg.br/bioinformatica/site/index.php

Introdução à BioinformáticaArthur M. Lesk

9. Periódicos

Portal Periódicos (CAPES)http://www.periodicos.capes.gov.br/portugues/index.jspBioinformatics

Bioinformaticshttp://bioinformatics.oxfordjournals.org/

10. Blast

O volume de dados contidos nos repositórios públicos é enorme e continua crescendo. Éimprescindível, portanto, que haja alguma ferramenta que facilite o processo de comparação de uma nova seqüência com as seqüências jáconhecidas. Dentre as ferramentas existentes destaca-se o BLAST (Basic Local Alignment Tool), que é a ferramenta mais popular de comparação de seqüências de DNA com os bancos de dados genômicos.

(http://130.14.29.110/BLAST/)

Prática

1 - Vamos trabalhar com a hemoglobina.O que é hemoglobina?

2 – Fazer uma busca sobre a hemoglobina no NCBI.

3 – Pegar a seqüência NM_001003938.

4 – Copiar a seqüência de nucleotídeos.

5 – Ir para o BLAST e colar a seqüência.

6 – Com o resultado clicar em Genome View.

Prática (cont)

7 – Voltamos ao NCBI e copiamos a seqüência de aminoáçidos da proteína.

8 – Ir para o PDB e buscar as seqüências de estruturas de proteínas.

9 – Baixar o arquivo .pdb para o notebook.

10 – Visualizar a estrutura com o Jmol Viewer.

11 – Abrir o arquivo .pdb no DeepView.

12 – Mostrar algumas funcionalidades do software.

Obrigado!