EMBRAPA _ Foco: Dados  Conhecimento

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1 EMBRAPA _ Foco: Dados  Conhecimento
Conhecimento & Ação Bioinformática Informação & Assistência Genoma Dados & Computação

2 Bioinformática na EMBRAPA
Fluxograma – descrição completa do projeto GENOMA Produto #1 #4 Alvos para ação dos fármacos, agrotóxicos, inseticidas, fungicidas etc. Seqüenciamento Testes no campo In silico testes #3 #2 Estrutura Proteica Genoma completo NBI CNPTIA Cenargen

3 Cenargen NBI_CNPTIA Structure Role Function Sequence STING SMS Blast
Sintactic Role Microarray Image Analysing Pragmatic Function SMS Semantic Sequence Blast Lexical Cenargen NBI_CNPTIA Anotação Gênica Comparação de genomas Descritores de Função Proteoma Redes de expressão de genes Descritores de Estrutura

4 Bioinformática na EMBRAPA
Fluxograma – descrição completa do projeto GENOMA Função Alvos identificados nas estruturas protéicas e ligantes detectados como modificadores da função (NBI – CNPTIA) Seqüenciamento e Anotação das seqüências (unidades descentralizadas da EMBRAPA) Seqüências Estrutura Análise das Estruturas das proteínas e seus complexos com DNA e Ligantes (Cenargen & NBI/CNPTIA) Funcionalidade das proteínas e seus complexos (NBI – CNPTIA)

5 Bioinformática na EMBRAPA
Fluxograma – sugestão baseada na competência atual Usuários Lab 4 Usuários Lab 12, 2,3,7 Função Dados Listas Anotações Rel. Estr/Função Estrutura Seqüências Descritores Arquivos Prot/Lig matching Seqüência Cenargen BioInformática Estrutural CNPTIA Sistema de transfer. Desktops Server 2 Seqüências Server 3 Seqüências Anotação das seqüências Usuários Lab 3 Usuários Lab 2 Usuários Lab 7

6 Bioinformática na EMBRAPA
Seqüenciamento, junção e anotação das seqüências Usuários Lab 4 Usuários Lab 12, 2,3,7 Os laboratórios de pesquisa das unidades descentralizadas do sistema Embrapa contribuem com arquivos contendo as seqüências e suas anotações As seqüências são juntadas para criar o genoma completo As sequências são anotadas de acordo com sua similaridade com outras sequências já existentes em BDs Todos os dados permanecem com descritores originais, para busca fácil e identificação As atualizações são refletidas para todos os participantes O sistema exige o controle de acessos e segurança. Plataforma nível #1 Dados Anotações Seqüências Cenargen Arquivos Sistema de transfer. Desktops Server 2 Seqüências Seqüências Server 3 Anotação das seqüências Usuários Lab 3 Usuários Lab 2 Usuários Lab 7

7 Bioinformática na EMBRAPA
HTS: Modelagem das estruturas, identificação dos alvos para fármacos Usuários Lab 4 Usuários Lab 12, 2,3,7 Os laboratórios de pesquisa das unidades descentralizadas do sistema Embrapa RECEBEM DE VOLTA a informação indicando a parte mais pragmática do processo que começou com a revelação da seqüência Os descritores de estrutura e função são elaborados e atribuídos ao arquivo contendo a seqüência (gênica ou proteica) Uma lista de “matching” entre um certo local na superfície de qualquer proteína, identificado como um alvo, e BDs dos ligantes, será apresentado. Esta lista poderá então servir como base para a pesquisa cuja finalidade será identificar modificadores de função com rigor da verificação experimental. Plataforma nível #2 CNPTIA BioInformática Estrutural Listas Rel. Estr/Função Descritores Prot/Lig matching Sistema de transfer. Inibidores com especificidade alterada Desktops Server 2 Server 3 Controle de expressão gênica Geração das vacinas Usuários Lab 3 Usuários Lab 2 Usuários Lab 7

8 Aplicações de BioInformática com alta demanda por CPU’s em era pós-genoma
Objetivos específicos do grupo da BioInformática Estrutural EMBRAPA/CNPTIA: Usar as ferramentas existentes (Java Protein Dossier de STING Millennium Suite) para gerar descritores de estrutura e função de proteínas; Seleção de alvos para desenvolvimento de drogas a partir de seqüências genômicas geradas por grupos participantes e/ou outros, adaptando para este processo as ferramentas existentes (Modeller e/ou Dragon) para modelagem da estrutura proteica automática

9 Sting Millennium Suite (SMS) e Java Protein Dossier (PD)- BD dos alvos
Objetivos específicos do grupo da BioInformática Estrutural EMBRAPA/CNPTIA: As interações macromoleculares acontecem através das suas superfícies – formando as interfaces. Nós pretendemos mapear em detalhes todos os parâmetros físico-químicos pertinentes nestas interfaces e que definem o reconhecimento entre o alvo na proteína e seu ligante.

10 Sting Millennium Suite (SMS) e Java Protein Dossier (PD)- BD dos alvos
Objetivos específicos do grupo da BioInformática Estrutural EMBRAPA/CNPTIA: SMS e Java Protein Dossier são ferramentas afinadas para a visualização e mapeamento das interações na interface! “Interface Forming Residues (IFR)” definidos pelo SMS e seu JPD, possuem uma extensa lista de parâmetros físico-químicos necessários para a análise de reconhecimento entre macromoléculas

11 SMS e Java Protein Dossier – Banco de dados dos alvos para fármacos
Objetivos específicos do grupo da BioInformática Estrutural EMBRAPA/CNPTIA: Genoma estrutural Genomas de sequenciamento NBI_CNPTIA Livro da vida BD das estruturas Anotação Descritores da estrutura Estrutura-Função Descoberta de novos Fármacos (Drug Discovery) Busca por novos moduladores de função Interações: Proteínas / ligantes (Matching DB) Estudos dos mutantes e sua dinâmica Docking

12 O Objetivo final: complementar o caminho dos projetos Genoma…
Sequências do genoma completo NBI_CNPTIA Modelagem por homologia Estruturas nos arquivos locais BD dos pequenos reagentes Impressão Digital (Fingerprint) Impressão Digital (Fingerprint) Casamento entre mapas 2D do contorno das superfícies Ligando-informação2-D da sua superfície (para comparação) Proteína-informação 2-D do seu sítio ativo (para comparação) Estudos dos mutantes e sua dinâmica Interações: Proteínas / ligantes (Matching DB) Docking

13 Busca por novos moduladores de função
Casamento entre impressões digitais de proteínas e moduladores de função Grade Computacional Cartola de enzimas encaixe encaixe encaixe Cartola de moduladores de função (e.g. inibidores) Casamento perfeito Casamento perfeito Casamento perfeito

14 Contatos na interface mapeados na sequência
Produtos específicos do NBI_Embrapa/CNPTIA NBI_CNPTIA

15 JPD com mapeamento de potencial eletrostático, hidrofobicidade e curvatura
NBI_CNPTIA

16 NBI_CNPTIA

17 Tecnologia GRID Serviços Web Serviços GRID
Otimização do uso dos computadores disponíveis no sistema Embrapa Tecnologia GRID (Grade computacional) Tecnologia GRID Serviços Web Serviços GRID

18 Acesso online aos recursos computacionais descentralizados
ampla disseminação Clientes com desktop Armazém dos arquivos Busca por novos fármacos In silico Desafio de instalação de Grade Computacional na Embrapa

19 ~3000 PCs e dezenas de estações de trabalho do sistema EMBRAPA: ociosos?
Recursos Locais Recursos Locais HD HPSS External Networks Rede Externa Campinas Brasília Rede Externa Rede Externa CPU’s ocisosos CPU’s ociosos Recursos Locais Recursos Locais HD HD Otimização de uso dos recursos computacionais EXISTENTES para criação eficaz dos produtos para agropecuária da nova geração

20 Motivação para estabelecer a Grade Computacional no sistema Embrapa
Aplicação Planejamento Execução Serviços de Catalogação Serviços de Informação Segurança Monitoramento Gerenciamento Serviço confiável de transferência Recursos Computacionais Recusros de armazenamento Objetivo: providenciar a interface de Grid portal através da qual os biólogos moleculares podem disparar e gerenciar os processos e dados

21 Modelo hierárquico de unidades descentralizadas
Outros parceiros Unidade #2 Brasília Unidade #3 Campinas CNPTIA Centros de computação descetralizados do sistema Embrapa Unidade #1 Conexões de rede dedicadas ou compartilhadas

22 Grades Computacionais baseadas em conhecimento
Serviços de Entrada Gerenciamento Serviços de Acesso Relação Entre Conceitos Repositório de conhecimento para as Regras Query / Browse Baseado em Conhecimento Conhecimento (Acesso baseado em modelo) Query baseado em Atributo Atributos Semântica Repositório de Informação Informação (Sistema de gerenciamento de dados) Dados Armazém (Replicações, IDs Permanentes) Campos Containers Fichários Query baseado em Propriedades