Biotecnologia Genomica na era do sequenciamento de DNA em larga escala

Biotecnologia genômica na era do sequenciamento de alto desempenho

Prof. Rinaldo Wellerson Pereira Bolsista Produtividade CNPq 2

Universidade Católica de Brasília

Orientador Permanente:Ciências Genômicas e Biotecnologia, UCB

Educação Física, UCB

Orientador Credenciado:Patologia Molecular, UNB

DNA

mRNA

Proteínas

Variação Normal ou Patológica

Dogma Central

Cromatina

mRNA ncRNA

Proteínas

Variação Normal ou PatológicaAmbiente

Variação em seqüência Variação estrutural Variação química na cromatina

Epigenômica

Genômica

Transcritômica

Proteômica

Dogma Central

Sequenciamento de DNA

• 1977 -2004 – Evolução e consolidação do método de Sanger

• 2004 - ……. – Plataformas de NGS – Next Generation Sequencing (Na verdade pode ser: “Now Generation Sequencing”)

• Segunda Geração • Terceira Geração

Shendure, 2008 – Nature Biotechnology

Venter, 2010 - Nature

Venter, 2010 - Nature

As plataformas

454 Roche

454 Roche

Futuro – novas tecnologias para seqüenciamento de DNA

454 Roche

http://www.454.com/flash/roche-gene.asp

Genome Analyser - Illumina

Genome Analyser - Illumina

Genome Analyser - Illumina

Solid Systems – Life Technologies

Helicos - Helicospe

Pacific BioscienceSMRT

Nature Reviews Genetics, 31-45, 2010

Custos

Sequenciando Genomas para Investigar Variabilidade

• SNVs – Single nucleotide variants

• SNPs – Single nucleotide polymorphisms

• CNVs – Copy number variants

• CNPs – Copy number polymorphisms

Genomas Individuaishttp://huref.jcvi.org/

Sequenciado pelo método de Sanger

http://jimwatsonsequence.cshl.edu/cgi-perl/gbrowse/jwsequence/

Sequenciado com 454

Genomas Individuais

Bentley et al.

Wang et al.

http://yh.genomics.org.cn/

http://www.illumina.com/HumanGenome/

Explosão de Genomas Individuais

2001

2004

2007

2008

20092010

Mais e mais Genomas Individuais

Antropologia Molecular

Sequenciamento de Genomas como método de diagnóstico

• Exoma

• Genoma Total

Exoma

Targeted Resequencing

Transcritoma - RNAseq

• Splicing Alternativo

• ncRNA

Splicing Alternativo

• 95% de sequências codificantes multiexônicas apresentam splicing altertivo

• Estima-se que em média, cada sequências codificantes multiexônicas tenha 7 isoformas

• Há variação interpopulacional e interindividual no repertório de isoformas em diferentes tipos celulares

• No começo do começo do entendimento de como estas variações contribuem para a variabilidade normal e patológica

• NGS tem clara vantagem sobre microarranjos baseados em transcritos conhecidos

RNAs não codificantes

• 90% do genoma humano é transcrito

• Small ncRNA

• Long ncRNA

Epigenômica

• Metilação em DNA– Sequenciamento de DNA tratado com bisulfito

Epigenômica• Mapeando DNA associado à modificações em

histonas (CHIP)

CHIP e NGS

Modificações em Histonas

Genoma

mRNA ncRNA

Proteínas

Variação Normal ou PatológicaAmbiente

Variação em seqüência Variação estrutural Variação química na cromatina

Epigenômica

Genômica

Transcritômica

Proteômica

Onde estamos na UCB

• Genômica DF– 454 Titanium– Illumina GAIIx

• Projetos– RNAseq em Leucemia linfóide aguda (FAP-DF)– RNAseq, Metiloma e ChipSeq em projeto de investigação

de mecanismos moleculares envolvidos na adaptação molecular ao exercício aeróbio (Pronex – FAP-DF)

– Exoma, metiloma, RNAseq em Paciente com trissomia do 21/Down e doença mielopoiética transitória com e sem evolução para leucemia (Submetido Edital Universal)

Craig Venter e o genoma sintético

O Personagem

• 1991 – Expressed Sequenced Tags• 1992 – TIGR – The Institute of genome

research• 1995 – Sequenciamento do genoma de

Haemophilus utilizando a técnica de shotgun

• 2001 – Rascunho do Genoma Humano• Dezenas de outros genomas• 2009 – Primeiro Genoma Individual

Humano

Os parceiros

Os caminhos para a célula sintética1995-2010

• Menor genoma de um organismo com capacidade de se autorreplicar

• Ferramenta importante para entender o conjunto mínimo de genes necessários para vida

Genoma Mínimo

Genoma Mínimo

Transplante de Genomas

Genoma Sintético

Mais eficiência

Da bactéria para levedura, de volta para a bactéria

Futuro

• Compreensão da função da maioria dos genes em uma célula

• Construção de genomas mínimos com circuitos complexos para síntese de fármacos, biocombustíveis.....

• Preocupação com a impossibilidade de prever os caminhos da biologia (caminhos tomados por um organismo sintético)

• Preocupação com bioterrorismo ou bioerro

Obrigado