CIÊNCIAS ÔMICAS

Pâmela A. Alexandre

Zootecnista, MSc.

Doutoranda em Biociência Animal

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos

Departamento de Medicina Veterinária

Descoberta da estrutura do DNA

• Watson e Crick, 1953

DNA RNA Proteína

Projeto Genoma Humano

• 1990

• 5000 cientistas

• 250 laboratórios

• 18 países

• US$ 2,7 Bi

• 13 anos (previsão = 15)

Projeto Genoma Humano

Projeto Genoma Humano

• 2008 - Sequenciadores automáticos

Sequenciamento de um

gene com 12 mil pb:

1983 - 1 ano

2000 - 20 min.

2003 – 1 min.

2016 - ?

Custo do Sequenciamento

• 2000 – Genoma da

bactéria Xylella

fastidiosa é sequencia

do por pesquisadores

paulistas e ganha a

primeira capa da

Nature para uma

pesquisa brasileira

• 12 milhões de dólares

• 192 pesquisadores –

primeira geração de

bioinformatas brasileiros

Brasil

• High throughput technologies – alta performance

Bottom-up

Top-down

Genômica

Transcriptômica

Proteômica

Metabolômica Fenômica

Genoma Transcriptoma

Proteoma

Metaboloma Fenoma

Epigenômica

Epigenoma

Farmacogenômica

Nutrigenômica

Metagenômica

Genômica

Sequenciamento

Montagem

Anotação

Genoma de referência

Re-sequenciamento

Alinhamento com G. R.

Descobertas de variantes

• O que gera variabilidade genética?

• Indels (Inserções/Deleções)

• Inversões

• Translocações

• Variação no número de cópias (CNVs)

• Regiões repetitivas em tandem (Mini/Microssatélites)

• Polimorfismos de nucleotídeo único (SNP)

Genômica

O que é um marcador molecular?

Genômica

Exemplos: teste de paternidade

Exemplos: pedigree

PCR RAPD

Exemplo: CNV

SNPs

Avaliação genética de touros

Seleção genômica

• Estudo de efeitos como heterose, pleiotropia e epistasia -

Interação entre locus e alelos dos genomas

• Teste de paternidade, identificação de doenças e

características produtivas

• Tem gerado novas ferramentas para os programas de

melhoramento - marcadores moleculares, que já são

usadas em larga escala em diversas espécies

Genômica

Transcriptômica

Transcriptômica

• É o total de transcrições realizadas em um órgão ou em

uma célula em particular

• Específica

• Muita variação (estado fisiológico, estímulos físicos, químicos,

biológicos ou doenças)

• Expressão gênica comparativa (diferencial)

• Interesse especial em doenças como câncer

• Entender os processos da diferenciação celular

• Ferramenta para a fertilização in vitro, clonagem, etc

Transcriptômica

Transcriptômica

X

Transcriptômica

X

Transcriptômica

Proteômica

Proteômica

Proteômica

Metabolômica

• Estuda a dinâmica das concentrações de metabolitos ao

longo do tempo

• O metaboloma representa o conjunto de todos os

metabólitos em uma célula, fluido biológico, tecido ou

organismo, sendo estas substâncias consideradas os

produtos finais dos processos celulares

• pode fornecer um panorama geral sobre o estado

fisiológico do organismo

Metabolômica

fenótipo

genótipo

Outras “ômicas”

Biologia de sistemas e genômica funcional

• Campo interdisciplinar de estudo, focado em

compreender as complexas interações dentro de um

sistema biológico de uma perspectiva holística

Biologia de sistemas e genômica funcional

(CIVELEK e LUSIS, 2014)

Produção Animal

Nutrição

Manejo Genética

Nutrição?

Genômica nutricional

• Objetivo: Estudar as interações entre genoma e

nutrientes, para otimizar a saúde e a performance dos

animais

• Existe diversidade genômica entre indivíduos de uma espécie

(dentro e entre raças) que afetam a biodisponibilidade e o

metabolismo dos nutrientes

• A disponibilidade de nutrientes varia de acordo com o alimento

disponível, custo e palatabilidade

• Deficiência ou excesso de nutrientes afetam a expressão gênica e

a estabilidade do genoma

Genômica Nutricional

Nutrigenômica Nutrigenética

Nutrigenômica

• Estuda a influência dos nutrientes sobre a estrutura e a

expressão do genoma

• nutrientes são sinais dietéticos detectados por receptores celulares

que influenciam a expressão gênica e proteica e posteriormente a

produção de metabólitos

• como a nutrição pode influenciar as vias metabólicas e o controle

homeostático?

Nutrigenômica

Nutrigenômica e epigenômica

• Epigenética

• Expressão de microRNAs

• Modificação de histonas

• Metilação de ilhas CpG

• Conceito dos quatro “Rs”

• recebidos (Received) - nutrição e outros fatores ambientais

• gravados (Recorded) no “epigenoma”

• lembrados (Remembered) por várias gerações de células

• revelados (Revealed) - através de alterações na expressão gênica, função celular e até mesmo na saúde

(Mathers et al., 2008)

Nutrigenômica

Nutrigenômica

Nutrigenômica

• Influência da nutrição materna antes e durante a

gestação na programação do genoma do feto - efeitos

fenotípicos de longo prazo

• Bezerros de vacas alimentadas com dietas de alto amido (milho)

apresentaram maior peso ao nascimento e maior peso de carcaça (Radunz et al., 2012)

• Bezerros de vacas alimentadas com dietas de baixo amido (feno)

apresentaram maior gordura intramuscular e escore de marmoreio (Radunz et al., 2012)

Nutrigenômica

Nutrigenômica

Nutrigenômica

Nutrigenômica

Aumento da

razão

lisina:calorias,

L-carnitina e

fibras

Genômica Nutricional

Nutrigenômica Nutrigenética

Nutrigenética

• Estuda os efeitos da variabilidade genética sobre a

interação entre dieta e fenótipo

• O que gera variabilidade genética?

• Indels (Inserções/Deleções)

• Inversões

• Translocações

• Variação no número de cópias (CNVs)

• Regiões repetitivas em tandem (Mini/Microssatélites)

• Mutações

• Polimorfismos de nucleotídeo único (SNP)

Nutrigenética

• SNPs

• https://www.youtube.com/watch?v=tJjXpiWKMyA

• Sinônimo: codifica a mesma proteína

• Não sinônimo: altera a proteína

• sentido trocado - troca aa

• sem sentido - parada prematura

Nutrigenética

Conclusão

• Nutrigenética e nutrigenômica ainda são áreas novas

mas há várias perspectivas de aplicações:

• Dietas personalizadas para prevenir/tratar doenças

• Dietas personalizadas para aumento de produção

• Melhoramento animal – seleção

• Diminuição do custo de produção

• Diminuição de impactos ambientais

• Aumento de precisão de medidas de biodisponibilidade

• Aumento da precisão de avaliações nutricionais

Metagenômica

Metagenômica

X

Metagenômica

Farmacogenômica

• Aplicada às pesquisas e testes clínicos de drogas

• É o ramo da farmacologia que trata da influência da

variação genética na resposta de fármacos em pacientes,

correlacionando a expressão do gene ou polimorfismos

de nucleotídeo único com a eficácia e/ou toxicidade de

uma substância.

• Seleção de drogas terapêuticas substituída por seleção

de pacientes nos quais uma determinada droga seria

eficaz - tratamento individualizado

Farmacogenômica

• Muitos dos tratamentos usados hoje foram descobertos por experiência clínica, e não se sabe seu mecanismo de ação

• “Todo clínico terá de ter conhecimentos de farmacogenômica para poder prescrever as drogas ideais para seus pacientes. Isto causará um grande impacto na prática e no ensino da medicina”

• “A necessidade de fazer testes genéticos para determinação da conduta terapêutica abrirá uma série imensa de problemas éticos, legais, sociais e econômicos”

Farmacogenômica

• contra-indicação farmacogenômica

• envolvimento das minorias étnicas - inclusão de pessoas,

em estudos clínicos, não só por causa de seu diagnóstico

mas também devido à cor de sua pele ou à sua origem

geográfica abre uma série enorme de questões éticas

• LICINIO, Julio. Farmacogenômica: oportunidades e desafios. Rev. Bras.

Psiquiatr., São Paulo , v. 23, n. 3, p. 122-123, Sept. 2001 .

Obrigada! pamela.alexandre@usp.br

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos

Departamento de Medicina Veterinária