Bioinformática (LPI)

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1 LPI – Proliferação Celular 
Bioinformática 
Histórico 
↳ DESCOBERTA DO DNA 
⇾ 1869: Johan Friedrich – Ácidos nucleicos 
⇾ 1953: Watson e Crick – Estrutura 
tridimensional do DNA; dupla hélice de 
nucleotídeos; adenina, citosina, guanina e 
timina 
⇾ 1958: Francis Crick: Transcrição e tradução; 
⇾ Maxan e Gilbert: Degradação química (Sequenciamento de DNA); 
⇾ 1977: Frederick Sanger: Sequenciamento de Sanger; Primeira geração; Sequenciar genoma 
pequeno; Interrupção da cadeia (ddNTPs); 
⇾ 1986: Sequenciadores automáticos 
⇾ 1990: Projeto Genoma Humano: Determinar todas as sequências de pares de base do DNA 
humano; Identificar seus genes; Desenvolvimento da bioinformática 
⇾ 2005: NGS (next Generation sequencing); sequenciamento muito mais rápido; bilhões de 
fragmentos ao mesmo tempo 
Noções de Bioinformática 
↳ CONCEITO 
União da Ciência da Computação com a Biologia Molecular 
que tem como objetivo analisar, interpretar e processar dados 
biológicos. 
Conjunto das ciências, que utiliza conhecimentos de diversas 
áreas para o tratamento de dados e informações por meio do 
uso de computadores. 
A bioinformática faz isso a partir de pesquisas e 
desenvolvimento de ferramentas computacionais, 
matemáticas e estatísticas 
“A computação está para a biologia da mesma forma que a 
matemática está para a física” – Harold Morowitz 
 
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A bioinformática pode ser vista de diversas formas sob diferentes olhos, pois é uma disciplina 
interdisciplinar e está presente em várias áreas — cada uma atuando sobre um problema diferente de 
maneira distinta —, como: 
⇾ Ciência da computação; 
⇾ Biologia; 
⇾ Tecnologia da informação; 
⇾ Biomedicina; 
⇾ Farmácia; 
⇾ Engenharia
 
↳ UTILIDADE DA BIOINFORMÁTICA 
Para que serve a bioinformática? O que faz o bioinformata? Aonde a bioinformática atua? 
 
• Sequenciar o DNA, identificar os genes, 
ver o funcionamento de estruturas, a 
regulação e expressão gênica e as 
funções de proteínas; 
• Reconstrução de vias metabólicas 
• Construção de árvores filogenéticas e 
analisar as relações evolutivas 
(Genômica Comparativa) 
• Identificação de Doenças Genéticas 
• Produção de novas terapêuticas 
• Nutrigenética 
• Farmacogenética 
• Epigenética 
• Agrogenética 
• Engenharia Genética; 
• Mineração de dados; 
• Construção e manutenção de bancos de 
dados; 
• Análise estatística; 
• Análise de imagens; 
• Biologia sintética; 
• Biologia de sistemas (ciências ômicas); 
• Desenvolvimento de algorítmicos; 
• Inteligência artificial. 
 
Resumindo: A bioinformática trata do desenvolvimento e implementação de ferramentas e algoritmos 
com o uso de análise estatística. 
↳ ALGUMAS APLICAÇÕES: 
⦁ Desenvolvimento de fármacos: Objetiva analisar alvos em busca de sítios de ligação. Utiliza métodos 
in sílico de bioinformática estrutural – design de drogas. 
⦁ Sequenciamento de DNA: Extração e sequenciamento de DNA – “A genômica se tornou pessoal”. É 
bastante acessível atualmente. 
⦁ Genômica Bacteriana: Estudo das resistências bacterianas a antibióticos. Realizam-se estudos 
evolutivos, objetivando desenvolver novos medicamentos / vacinas 
⦁ Agricultura: Genômica comparativa entre organismos modelo e de interesse agropecuário. Identifica 
genes de valor agropecuário. Ex.: Herbaspirillum seropedicae – fixação de nitrogênico – Crescimento 
de plantas 
 
 
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↳ OBJETIVO 
⦁ Permitir descobertas na biologia, a partir de: 
1. Desenvolvimento de ferramentas e algoritmos; 
2. Implementação de ferramentas e algoritmos; 
3. Organização da informação em bancos de dados 
⦁ Proporcionar aos cientistas um meio de explicar e entender os processos biológicos 
⦁ Prover ferramentas para facilitar/permitir extrair padrões e informações biologicamente úteis 
↳ CIÊNCIAS ÔMICAS 
É A base da bioinformática 
Busca identificar, caracterizar e quantificar todas as 
moléculas biológicas que estão envolvidas na estrutura, 
função e dinâmica de um tipo celular, tecido ou 
organismo especifico. 
Permitem analisar milhares de variações genéticas, 
genes, proteínas e metabólitos ao mesmo tempo. 
O Projeto Genoma Humano revelou que o genoma humano possui um número menor de genes do que 
se imaginava, concluindo que os processos biológicos não são particularmente regulados na sequência 
do DNA, mas, sim, por processos em vários outros níveis moleculares. A partir disso, surgiu o estudo 
das Ômicas 
Essas tecnologias permitem uma abordagem holística em torno do dogma 
central da biologia molecular (imagem ao lado), através da integração da 
genômica, transcriptômica, proteômica, metabolômica, epigenômica, 
lipidômica, entre outras. 
Elas são muito utilizadas na biomedicina para pesquisa sobre novas 
abordages diagnósticas, terapêuticas e preventivas 
⇾ GENÔMICA: Estudo do genoma completo dos organismos. Determina toda a sequência de 
nucleotídeos. 
Foi a primeira ciência ômica a ser desenvolvida 
Permitiu vários avanços desde o projeto genoma humano, que identificou os genes e loci genéticos 
envolvidos no desenvolvimento de doenças hereditárias humanas. 
• Estrutura, função, 
caracterização, 
quantificação de genes 
• Etapas 
• Banco de dados; NCBI; 
FASTA; GB 
• Compartilhar guia
 
A genômica pode ser dividida em: 
1. Estrutural: Organização e localização dos genes (onde os genes estão, notação dos genes...) 
2. Funcional: Fenótipo; 
3. Comparativa: Evolução – A relação entre os organismos no tempo, a filogenia vinculada entre os 
organismos com base nos genomas que eles possuem 
 
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→ Formas de sequenciamento: 
⦁ Análise da sequência de DNA, a partir da metodologia de Sanger: Utilização de nucleotídeos 
terminadores de cadeia quimicamente modificados durante a replicação do DNA in vitro – Padrão ouro. 
(Alto custo x Baixo rendimento) 
⦁ NGS: Sequenciamento de nova geração. Permite a replicação simultânea de milhões de fragmentos 
curtos de DNA, a baixo custo e alta velocidade = Alto rendimento. 
Essas estratégias incluem: 
• Sequenciamento de painel de genes específicos, para análise de uma determinada condição 
clínica; 
• Sequenciamento do exoma, que corresponde à região codificante (apenas 2% do genoma, mas 
que contem 85% das varientes causadoras de doença) 
• Sequenciamento do genoma completo (localizando polimorfismos, inserções/deleções, 
alterações no número de cópias, variantes estruturais) 
Sequenciamento ⇾ Montagem ⇾ Anotação ⇾ Genoma de Referência ⇾ Re-sequenciamento ⇾ 
Alinhamento com G. R. ⇾ Descobertas de variantes 
A genômica busca detectar o que gera variabilidade genética, como: 
⇾ Indels (Inserções/Deleções) 
⇾ Inversões 
⇾ Translocações 
⇾ Variação no número de cópias (CNVs) 
⇾ Regiões repetitivas em tandem (Mini/Microssatélites) 
⇾ Polimorfismos de nucleotídeo único (SNP) 
Exemplos do uso da genômica: Teste de paternidade, identificação de doenças e características 
produtivas. 
A genômica realiza, ainda, estudo de efeitos, como heterose, pleiotropia e epistasia – Interação entre 
locus e alelos dos genomas. 
A genômica tem gerado novas ferramentas para os programas de melhoramento – marcadores 
moleculares, que já são usadas em larga escala em diversas espécies. 
⇾ TRANSCRIPTÔMICA: Estudo dos transcriptos (RNA), seja funcional ou codificante. Inclui:
• Etapa de Transcrição 
• Análise dos 
Transcritos 
• Sequência de mRNA 
• Transcriptase 
Reversa –cDNA 
• Expressão Gênica 
• Epigenética
• Específica 
• muita variação (estado fisiológico, estímulos físicos, químicos, biológicos ou doenças) 
• Expressão gênica comparativa (diferencial) 
• Interesse especial em doenças como câncer 
• Entendimento dos processos da diferenciação celular 
• Ferramenta para a fertilização in vitro, clonagem, etc.
 
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⇾ PROTEÔMICA: Estudo das proteínas. 
✓ Etapa de Tradução 
✓ Análise das Proteínas 
✓ Sequências de AminoácidosInclui a expressão do DNA (o que realmente é produzido a partir do nosso genoma), a funcionalidade 
e estrutura. Constrói mapas proteicos (interação) 
Imunoproteômica: identificação de antígenos envolvidos na resposta imune através de técnicas de 
proteômica 
Histoproteômica: aplicação de proteômica em tecidos processados para imunohistoquímica 
⇾ METABOLÔMICA: Estuda a dinâmica das concentrações de metabolitos ao longo do tempo: 
açucares, nucleotídeos, aminoácidos, lipídios... 
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 
• Análise dos Metabolitos 
• Produtos dos processos celulares 
⇾ EPIGENÔMICA: Trata das modificações herdáveis, mas que não fazem parte da sequência de 
nucleotídeos. Ex.: Metilação. Considera a influência do ambiente. 
⇾ METAGENÔMICA: É a área que trata do conjunto de genomas de um ambiente, realiza análise de 
comunidades de organismos e constrói bibliotecas de metagenomas 
 (ex.: Descobrir qual é a comunidade de organismos presente em uma amostra de, por exemplo, solo) 
Todas essas áreas acabam interagindo 
Todos esses níveis possuem bancos de dados vinculados para dar conta do grande volume de 
informações