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BG052
Professor: Ricardo Lehtonen R. de Souza
Email: polimorfismos.ufpr@gmail.com
Professora Daniela Morais Leme
email: danielamoraisleme@gmail.com
Laboratório de Polimorfismos e Ligação
Linha de Pesquisa: Genes de interesse clínico
Estudos de associação entre genes candidatos e
doenças/características multifatoriais:
•Dislipidemias
•Síndrome Metabólica
•Obesidade
•Alzheimer e Parkinson
•LEC
Breve Histórico da Genética:
hereditariedade e variação
Hereditariedade e Variação
Hereditariedade
→ semelhante gera semelhante.
Variação
→ diversidade de seres vivos em
diferentes níveis.
Proveito da hereditariedade e da
variação:
domesticação de animais –
produção animal e vegetal -
características de interesse
econômico
• Seleção de progenitores.
• Geração de híbridos.
Falta de conhecimento básico sobre
os mecanismos que controlam a
hereditariedade e a variação!!!
Busca por padrões: intensificada a
partir da segunda metade do século
XIX.
Variação
Charles Darwin (1859)
Evolução lenta, gradual e contínua.
Mudanças divergentes - maior
número de espécies atuais.
Seleção natural: sobrevivência e
reprodução diferencial dos mais
adaptados.
Hereditariedade
Gregor Mendel (1865) - Leis da hereditariedade
A Pureza dos Gametas
A Segregação Independente
•Fatores mendelianos nos cromossomos (1902) → Walter
Sutton e Theodor Boveri.
• Conjunto
cromossômico
diploide.
• Meiose: gametas
haplóides.
• Correlação com
resultados Mendel:
• Genes são parte
dos cromossomos
• Genes em
cromossomos
diferentes -
proporções de
9:3:3:1
Os termos gene, genótipo e fenótipo (1909) → Wilhelm
Johannsen.
Segregação independente e ligação
Segregação Independente de Mendel → genes
localizados em cromossomos diferentes
segregam-se independentemente durante a
meiose.
Alguns genes localizados no mesmo cromossomo
→ genes ligados
Genes não ligados:
localizados em
cromossomos
diferentes
Genes ligados:
genes em um
mesmo
cromossomo em
loci próximos
Mecanismo para permuta dos genes entre
cromossomos homólogos → crossing over
A base citológica do crossing over foi descrita pelo citologista belga F.A. Janssens
Mapeamento cromossômico
• Thomas Morgan e seus alunos →
exploraram as implicações do
crossing over
Genes localizados próximos no
mesmo cromossomo segregam
juntos mais frequentemente (maior
ligação) do que genes mais
afastados.
• Recombinação como uma ferramenta de
localizar (mapear) as posições relativas dos
genes nos cromossomos: Mapa genético
• Genes dispostos de forma linear.
• Cada cromossomo com um conjunto
de genes diferentes, localizados em
locais específicos (locus: singular;
loci: plural)
Mosca da fruta
Drosophila
melanogaster
Teoria Cromossômica da Herança (1910)
Thomas Morgan e seus
alunos exploraram as
formas alternativas de um
mesmo gene (alelos)
gerados por mutações.
• Primeiro mutante de D. melanogaster → olhos
brancos.
• Localização de alelos selvagem e mutantes
nos cromossomos.
Cromossomos
•Proteínas
•Ácidos Nucleicos
•DNA - ácido desoxirribonucleico
•RNA - ácido ribonucleico
Material Genético: três funções
essenciais
Função genotípica → replicação
Função fenotípica → expressão gênica
Função evolutiva → mutação
Evidências indiretas de que o DNA
possui a informação genética dos
organismos vivos
•Maioria do DNA está nos cromossomos
•Correlação entre quantidade de DNA e
número de cromossomos das células.
•Composição do DNA é a mesma nas
diferentes células de um organismo.
•DNA é mais estável que RNA e proteínas.
Descoberta da Transformação em Bactérias
Frederick Griffith (1928)
Pneumococos
Encapsulados: tipo S → virulentos
Não-encapsulados: tipo R → avirulentos
Composição de polissacarídeos da
cápsula: tipos antigênicos (Tipo I, II, III, etc)
A primeira evidência direta (1944)
Avery, McLeod e McCarthy
DNA é responsável pela transformação bacteriana.
Estrutura do DNA - Conjunto de evidências
científicas
Erwin Chargaff (1949 - 1950)
•Concentrações iguais
Adenina (A) e Timina (T)
Citosina (C) e Guanina (G)
•Concentração total
pirimidinas (C+T) = purinas (A+G)
Nesta mesma
época, outro grupo
de químicos
orgânicos mostrou
que nucleotídeos do
DNA eram unidos
por ligações
fosfodiéster 3’-5’
Maurice Wilkins e Rosalind Franklin (1953)
Padrões de difração de raios X → molécula bifilamentar e helicoidal
com subunidades repetidas.
Estrutura e modelo de replicação do
DNA: a Dupla Hélice
Watson e Crick (1953)
•Dupla hélice dextrógira → Dois filamentos
helicoidizados.
•Pontes de Hidrogênio: bases
complementares.
•Pares de bases perpendiculares ao eixo da
molécula.
•Filamentos antiparalelos.
•Estabilidade → Pontes de Hidrogênio e
interações hidrofóbicas.
Prêmio Nobel de Medicina
1962
Estrutura dos ácidos nucleicos (DNA e
RNA)
Subunidades repetidas: nucleotídeos
Cada nucleotídeo:
•Grupo fosfato;
•Pentose;
•Base nitrogenada.
Material Genético: três funções essenciais
Função genotípica → replicação
Função fenotípica → expressão gênica
Função evolutiva → mutação
Estrutura cromossômica de eucariontes
•Um conjunto de genes por cromossomo.
•Uma molécula de DNA por cromossomo.
•Vários cromossomos no núcleo das células.
•Cromatina: DNA + proteínas cromossômicas + RNA.
•Relação organização da cromatina e função DNA
– Cromossomos compactados em graus variáveis:
regional e fase do ciclo celular.
Fluxo da informação
DNA
(Genoma)
mRNA
Cadeia
polipeptídica
(proteína)
Fenótipo
Dogma Central
da Biologia
Molecular
Produto gênico:
cadeia polipeptídica ou
uma molécula de RNA
Mudanças no genótipo
podem refletir como
mudanças no fenótipo
Era pré-genômica
1859 1866 1900 1902 1910 1953
Limitações ???
Avanços nas técnicas de biologia molecular →
Revolução nas pesquisas genéticas
Era pós-genômica
1859 1866 1900 1902 1910 1953 1977 2001
Sequenciamento do DNA
- Sequenciamento do genoma humano → Método
de Sanger com terminadores
Sequenciamento do Genoma Humano
- 2000 → O “rascunho” do “livro da vida” foi
anunciado na casa branca
Craig Venter Bill Clinton Francis Collins
Clinton
“A finalização do projeto
genoma irá revolucionar o
diagnóstico, prevenção e
tratamento da maioria, se
não de todas, as doenças
humanas”
Collins
“A medicina personalizada
está por nascer a partir do
2010”
Sequenciamento do Genoma Humano
- Fevereiro/2001 → Publicação do primeiro
“rascunho” do Genoma Humano
International Consortium
Grupos acadêmicos (Lander
et al., 2001)
Celera Genomics
Companhia privada (Venter
et al., 2001)
454 Solexa - Illumina SOLiD - ABI
~120 MB de DNA
por corrida
~01 GB de DNA
por corrida
~03 GB de DNA
por corrida
12KB/US$ 100KB/US$ 300KB/US$
Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração
(NGS)
Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS)
Métodos de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS)
A corrida para U$ 1000 genoma
• Projeto Genoma Humano (primeiro rascunho, 2001)
- > U$ 3 bilhões (incluindo desenvolvimento e
tecnologia)
- Despensas com materiais → U$ 300 milhões
• Final de 2007 → U$ 1-2 milhões para sequências
completas de genoma de mamíferos
Como chegar no U$ 1000 por genoma?
- Baixo custo
- Alto rendimento
- Alta precisão
HiSeq X Ten - Illumina
Janeiro 2014
The MinION is commercially available, simply by paying a starter-pack fee of $1,000. The MinION starter pack includes materials you need to run initial sequencing experiments, including a MinION device, flow cells and kits, as well as membership of the Nanopore Community.
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