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Introdução à Bioinformática e

Aplicações

Osmar Norberto de Souza

[email protected] Alegre, Brasil

Laboratório de Bioinformática, Modelagem e Simulação de Biossistemas - LABIO

Porto Alegre, BrasilEscola Politécnica - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS). Av. Ipiranga, 6681 - Partenon - Porto Alegre/RS - CEP: 90619-900


Células Tecidos


Tecidos Órgãos Sistemas Organismo


Um tecido é um grupo de células semelhantes que desempenham uma função particular. O tecido nervoso é composto de milhões de células nervosas que transmitem sinais para todas as partes do corpo.

Um órgão é composto por vários tipos de tecidos, e cada órgão pertence a um sistema de órgãos. Os órgãos de um sistema de órgãos trabalham juntos com um propósito comum. O cérebro trabalha com a medula espinhal para enviar comandos para as partes do corpo por meio de nervos.

Organismos, como árvores e seres humanos, são uma coleção de sistemas de órgãos.

Os níveis de organização biológica se estendem para além do organismo ou indivíduo.

Todos os membros de uma espécie (um grupo de organismos que se cruzam) em uma área específca pertencem a uma população. Por exemplo, uma pastagem tropical pode ter uma população de zebras, acácias e humanos.

As populações interagentes das pastagens compõem uma comunidade.

A comunidade de populações interage com o ambiente físico para formar um ecossistema.

Finalmente, todos os ecossistemas terrestres compõem, coletivamente, a biosfera.

Adaptado de: Human Biology, Sylvia Mader & Michael Windelspecht, 15th Edition, McGraw-Hill Education, 2017.

Níveis de organização biológica

DNA


O Dogma Central da Biologia Molecular

DNACTCGAGGGGCCTAGACATTGCCCTCCAGAGAGAGCA ···

mRNACUCGAGGGGCCUAGACAUUGCCCUCCAGAGAGAGCA ···

ProteínaG A R D E L E L E P E R A ···

H. pyroli


Homo sapiens Arabidopsis thaliana Mus musculus C. elegans D. melanogaster

M. leprae Vibrio cholerae P. falciparum M. tuberculosis N. meningitidis

X. fastidiosa B. subtilis C. pneumoniae P. aeruginosa

Projetos Genoma Completos e/ou Publicados206.095, 186.390

Projetos em andamento por domínio:

1.661 (1.625) arqueobactérias 111.066 (98.879) bactérias

44.031 (38.231) eucariotos 50.147 (46.665) metagenomas

Fonte: Project Totals in GOLD, Genome Online Database v.6(03/08/2018, 12/03/2018)


Tamanhos Comparativos de Alguns Genomas

Fonte: A. M. Lesk – Introdução à Bioinformática, Artmed. 2a. Edição, 2008.


Linha do Tempo da Bioinformática


Bancos de Dados de Sequências e Estruturas de Macromoléculas Biológicas

BD de sequências

DNA

BD de sequênciasPROTEÍNAS

>gi|387059|gb|AAA37041.1| insulinMALWMHLLTVLALLALWGPNTNQ...

>gi|4504347|ref|NP_000549.1| hemoglobin, alpha 1 MVLSPADKTNVKAAWGKVGAHA...

>Homo sapiens hemoglobin, alpha 2 (HBA2ACTCTTCTGGTCCCCACAGACTCA...

>gi|191273|gb|K02233.1|GPIINS cdsCTGCAGACCCAGCACCAGGGAAATG...

BD de estruturas 3DDNA+PROTEÍNAS


Sequências de DNA e Proteínas>gi|28302128|ref|NM_000518.4| Homo sapiens hemoglobin, beta (HBB), mRNA , 626 bp

ACATTTGCTTCTGACACAACTGTGTTCACTAGCAACCTCAAACAGACACCATGGTGCATCTGACTCCTGAGGAGAAGTCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGCAAGGTGAACGTGGATGAAGTTGGTGGTGAGGCCCTGGGCAGGCTGCTGGTGGTCTACCCTTGGACCCAGAGGTTCTTTGAGTCCTTTGGGGATCTGTCCACTCCTGATGCTGTTATGGGCAACCCTAAGGTGAAGGCTCATGGCAAGAAAGTGCTCGGTGCCTTTAGTGATGGCCTGGCTCACCTGGACAACCTCAAGGGCACCTTTGCCACACTGAGTGAGCTGCACTGTGACAAGCTGCACGTGGATCCTGAGAACTTCAGGCTCCTGGGCAACGTGCTGGTCTGTGTGCTGGCCCATCACTTTGGCAAAGAATTCACCCCACCAGTGCAGGCTGCCTATCAGAAAGTGGTGGCTGGTGTGGCTAATGCCCTGGCCCACAAGTATCACTAAGCTCGCTTTCTTGCTGTCCAATTTCTATTAAAGGTTCCTTTGTTCCCTAAGTCCAACTACTAAACTGGGGGATATTATGAAGGGCCTTGAGCATCTGGATTCTGCCTAATAAAAAACATTTATTTTCATTGC

>gi|4504349|ref|NP_000509.1| beta globin [Homo sapiens] - 147 aa

MVHLTPEEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNPKVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHFGKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH


Protein Data Bank (PDB): Banco de Dados de Estruturas Tridimensionais (3D) de Macromoléculas Biológicas


Uma rápida olhada no PDB!(14/08/2018)

Das 143.392 estruturas 3D de macromoléculas biológicas no PDB:

44.717 são únicas ou não-redundantes 39.652 são de origem humana 10.306 contém ácidos nucleicos

Crescimento de Dados de Estruturas 3D de Macromoléculas Biológicas


Número de sequências/bases depositadas no GenBank e WGS Versão 227 de 15/08/2018

Explosão de Dados de Sequências de Macromoléculas Biológicas

~ 210 milhões de sequências de DNA~ 164 milhões de sequências nr de DNA (31/07/2018)

nr = non-redundant sequences = sequências não-redundantes


Então, o que é Bioinformática Estrutural?

Bioinformática Estrutural é

a conceituação da biologia em termos de moléculas, no sentido físico-químico, e a aplicação de técnicas de informática (derivadas de disciplinas como matemática, ciência da computação e estatística) para entender, organizar e explorar a informação estrutural associada a essas moléculas em uma grande escala.

Luscombe, N.M.; Greenbaum D.; Gerstein, M. What is Bioinformatics? A Proposed Defnitionand Overview of the Field. (2001). Method Inform Med, 40: 346-358, 2001.


Aplicações


Aplicações

Bioinformática Clínica

A bioinformática clínica é uma área da ciência da saúde responsável pelo desenvolvimento e aprimoramento de métodos para aquisição, armazenamento, organização e análise de dados biológicos que apoiam a prestação de assistência ao paciente.

A informática na ciência dos cuidados de saúde é dividida em três áreas:

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