Bioinformática aplicada à genética - genética animal

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Qualquer utilização de computadores para tarefas em biologia 
Estudo e entendimento do mundo biológico através 
dos princípios e técnicas das ciências da informação 
Conceito restrito e prático 
Conceito abrangente e teórico 
Conjunto de técnicas advindas 
da matemática, estatística e 
computação aplicadas a 
problemas da Genômica 
Conceito para Genética e Biologia Molecular 
A bioinformática frente a duas classes de problemas 
1) Aqueles oriundos das diversas técnicas biotecnológicas 
Montagem de 
genomas 
Reconstruir de forma 
computacional o 
genoma de um 
organismo com base 
em pequenos 
fragmentos de 
seqüência de DNA, que 
têm sobreposição 
entre si 
A bioinformática frente a duas classes de problemas 
2) Problemas de natureza biológica propriamente dita 
Encontrar os 
genes num 
genoma 
Independem de 
tecnologias 
particulares 
Algorítmo X Programa 
É um seqüência finita de passos ou operações bem definidas 
que objetiva resolver determinado programa 
(Ex. Multiplicação) 
É a implementação de um algoritmo usando uma 
linguagem particular de programação 
Algoritmo (procedimento abstrato) 
Programa (Entidade mais concreta) 
Como se pode achar genes num genoma? 
O gene é a informação mais importante contida em uma seqüência 
de DNA 
Seqüência de DNA no formato FASTA 
Formato universalmente aceito para processamento 
Estrutura esquemática de um gene procarioto 
ATG 
TAA 
TGA 
TAG 
Quadro aberto de leitura ou 
ORF (open reading frame) 
Trecho codificante dado por qualquer tredho de DNA que iniciando-se numa 
determinada base, contém um número de nucleotídeos que é múltiplo de três, 
termina num códon de parada 
Estrutura generalizada de um gene eucariótico 
5’-3’ 
>gi|2170208:c30-1 DNA sequence encoding maltosetetraose producing amylase 
 
CACAGCGTTGGGGCTCTTGCCGGCCTGATC 
123 
 
3’-5’ 
>gi|2170208:1-30 DNA sequence encoding maltosetetraose producing amylase 
 
GATCAGGCCGGCAAGAGCCCCAACGCTGTG 
123 
Qualquer seqüência de DNA define sempre 06 diferentes 
quadros de leitura: 
 
Inicio na 1ª, 2ª ou 3ª base, tanto na fita direta quanto reversa 
Método da similaridade 
Conceito de similaridade 
Algoritmo de comparação de seqüências 
Quando comparamos duas seqüência, o que significa 
dizer que uma é parecida com a outra? 
 
Como podemos quantificar essa noção de similaridade? 
Um alinhamento entre duas seqüências é um forma de 
colocar uma sobre a outra, de modo a obter uma 
correspondência entre cada base de cada uma delas 
ALINHAMENTO 
Componentes do alinhamento 
Referência das colunas Casamento entre as bases 
(bases iguais) 
Substituições 
Indels 
(inserções ou remoções) 
Sistema de pontuação 
Atribuir uma certa pontuação para cada coluna do alinhamento 
Casamento: +1 
Substituições: -1 
Espaço: -2 
Pontuação do alinhamento = Soma das pontuações das colunas 
+1 +1 -2 +1+1 -1 +1 -2 +1+1+1 -2 +1+1 = 3 
SIMILARIDADE 
Diferentes alinhamentos terão diferentes pontuações 
A similaridade entre duas seqüências é dada pelo 
alinhamento que tem maior pontuação entre todos os 
alinhamentos possíveis 
Como encontrar o alinhamento de maior pontuação? 
Algoritmo BLAST – Basic Local Alignment Search Tool 
Mais rápido, mas menos preciso 
 
Não nos dá a garantia de que vai encontrar o alinhamento de pontuação 
máxima (Situação rara) 
 
Geralmente usado em associação com o banco de seqüências do National 
Center for Biotechnology Information (NCBI) 
Como aplicar o BLAST? (Aula prática amanhã) 
1) Consulta (query) : Seqüência desconhecida que se quer pesquisar 
 
2) Hits em seqüência sujeito (subject): Resultado da execução do BLAST, pertencente ao 
banco 
Resultados acompanhados de: 
pontuação dos alinhamentos – Score 
Significância estatística dessa pontuação – e-value 
E-value: crucial para distinguir alinhamentos biologicamente 
significativos daqueles que são apenas frutos do acaso. 
Quanto menor o e-value, mais significativo o alinhamento 
Resultado gráfico dos alinhamentos produzidos pelo 
BLAST 
Query 
Subject 
Hits encontrados no banco: Cores indicam a pontuação da alinhamento 
Próximo passo: Verificar quais os hits encontrados 
Identificador dos hits 
Início da descrição de cada hit Pontuação do 
alinhamento Significância 
estatística 
Alinhamentos propriamente ditos 
Informações detalhadas sobre um dos alinhamentos 
Comprimento do gene 
Nº de colunas Casamentos 
Pontuações positivas (BLASTX) 
Além de nos informar que a nossa seqüência S muito provavelmente contém um 
gene, os resultados do BLAST no permitem estimar onde começa a sua porção 
codificante 
Sítio de ligação ribossomal 
Códon de início da tradução 
Códon de 
parada 
Região codificante 
ORF 
A realização desta análise de detecção do início da 
porção codificante, de forma automática, para todos os 
genes de um genoma é uma típica tarefa de 
bioinformática 
Tipos de BLAST 
Proteínas hipotéticas conservadas 
Hits sem função determinada, no momento da anotação 
 
Porém genes significativamente parecidos e sem função conhecida 
foram detectados em outros organismos 
 
No futuro quando algum destes genes tiver sua função conhecida, 
pode-se formular uma hipótese de que todos aqueles 
significativamente similares tenham a mesma função 
Resultados biológicos conseguidos por meio de 
ferramentas de bioinformática 
HIPÓTESE 
Requer confirmação ou refutação experimental