Transferência Horizontal de Genes: um Survey de Métodos Computacionais Instituto de Computação Universidade Estadual de Campinas Karina Zupo de Oliveira.

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1 Transferência Horizontal de Genes: um Survey de Métodos Computacionais Instituto de Computação Universidade Estadual de Campinas Karina Zupo de Oliveira (ra028520@ic.unicamp.br) Orientador: Prof. Dr. João Meidanis Proposta para Dissertação de Mestrado Outubro de 2006

2 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais2 Agenda  Introdução  Taxonomia dos Procariontes  Transferência Horizontal de Genes (THG)  Cenário Atual - Discussões  Métodos de Detecção  Avaliação de Programas  Proposta e Resultados Secundários  Cronograma

3 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais3 Introdução  Evolução das espécies  Herança vertical  Mutação  Seleção natural Descendente Mutado Mutação Mutação se fixa Herança Vertical Indivíduo - Nova Espécie Indivídio - Espécie

4 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais4 Introdução  Filogenia  Parentesco entre organismos  Representada em árvores Fonte: http://www.sanger.ac.uk/PostGenomics/epicomp/

5 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais5 Introdução  Taxonomia dos Seres Vivos  Unidades: Domínios, reinos,... até espécies Fonte: http://nai.arc.nasa.gov/news_stories/news_detail.cfm?article=old/understanding_life.htm

6 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais6 Taxonomia dos Procariontes  Sistema de classificação baseado em: Características fenotípicas Hibridização entre DNAs Similaridade por gene 16S rRNA MLST (Multi Locus Sequence Typing)  Debate: o que define uma espécie de procarionte?  Unidades representam uma árvore

7 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais7 Transferência Horizontal (THG)  Troca e fixação de material genético entre organismos de unidades taxonômicas diferentes  Como THG ocorre? Transformação Conjugação Transdução

8 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais8 Transferência Horizontal (THG)  Transformação Incorporação de seqüências livres Células mortas ou "cell lysis" liberam DNA no ambiente Somente ocorre naturalmente em certas células Requer proteínas específicas na membrana celular e energia Fonte: http://www.sp.uconn.edu/~terry/229sp03/lectures/genetransfer.html

9 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais9 Transferência Horizontal (THG)  Conjugação Introdução de plasmídeos devido a contato físico Os plasmídeos são moléculas circulares duplas de DNA que estão separadas e se reproduzem independentemente do DNA cromossômico Fonte: http://www.sp.uconn.edu/~terry/229sp03/lectures/genetransfer.html

10 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais10 Transferência Horizontal (THG)  Transdução Através de bacteriófagos que infectam células Vírus adquire genes da bactéria infectada Vírus ao infectar novas bactérias transmite esses genes Fonte: http://www.sp.uconn.edu/~terry/229sp03/lectures/genetransfer.html

11 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais11 Transferência Horizontal (THG)  Antes 1995: Poucas evidências de THG  Após 1995: Sequenciamento em massa Muitas novas evidências de THG Freqüente em procariontes

12 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais12 Cenário Atual - Discussões  Qual impacto da THG na evolução das espécies e na taxonomia atual dos procariontes?  Quanto do genoma é atingido por THG?  Quais genes são mais susceptíveis a THG?  Quais transferências fixam-se em descendentes?

13 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais13 Cenário Atual - Discussões  Para Gogarten e colegas - 2002 15% a 25% dos genes de uma espécies podem ter sido adquiridos via THG Sistema de taxonomia deveria contemplar THG  Para Kurland e colegas - 2003 Impacto é pequeno não afeta o sistema Estudo são pouco cuidadosos  Para Philippe e Douady -2003 Núcleo duro, núcleo macio e casca Sistema tende para formação de redes

14 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais14 Cenário Atual - Discussões  E... Como detectar THG com razoável grau de sucesso?  Quais algoritmos existem?  Quais os problemas e limitações?

15 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais15 Métodos de Detecção  Mirkin e colegas - 2003 Busca padrões de ausência ou presença de espécies em genes ortólogos  Lawence e Ochman - 1997 Baseado em conteúdo de GC Busca os genes com distribuições atípicas  Addario-Berry, Hallett e Lagergren - 2003 Baseado em árvores de espécies e de genes Analisa as incongruências entre árvores

16 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais16 Métodos de Detecção  Bryant e Moulton - 2002 Baseado em redes filogenéticas Implementado no programa SplitsTree  Ragan - 2001 Experimento com 4 métodos Resultados diferem entre si

17 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais17 Avaliação de Programas  SplitsTree 4  Aceita vários tipos de entrada Nexus, ClustalW, Phylip,...  Permite escolher entre vários modelos para cálculo de distâncias Jukes Cantor, Kimura,...  Implementa vários métodos para construção de árvores e redes filogenéticas

18 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais18 Avaliação de Programas

19 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais19 Proposta Principal  Estudar, escrever e classificar métodos computacionais para detecção de THG Conteúdo de GC Similaridade Árvores Filogenéticas Redes Filogenéticas Estatísticas Outros (Exemplo: Relógio Molecular)  Entender pontos fortes e pontos fracos

20 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais20 Resultados Secundários  Realizar experimento Passo 1: Avaliação de programas e métodos para uso no experimento Passo 2: Obter entradas:  Através pesquisa de evidências reais de THG  Junto com especialistas Passo 3: Analisar resultados:  Comparar resultados entre si  Comparar resultados com evidências reais  Reunir conceitos sobre THG  Ser referência para futuros estudantes

21 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais21 Cronograma

22 Transferência Horizontal de Genes: Um Survey de Métodos Computacionais22 Perguntas