Aula ministrada na disciplina 'Genômica e Bioinformática', do curso de pós-graduação em Ciências (Energia Nuclear), do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/USP).

1. Bioinform´atica aplicada nas an´alises da
microbiota do r´umen
Leandro Nascimento Lemos
Doutorando em Biologia na Agricultura e no Ambiente
Supervisor: Profa. Dra. Tsai
Junho/2016
Leandro Nascimento Lemos Bioinform´atica aplicada nas an´alises da microbiota do r´umen

2. Ciˆencia de Dados (Data Science)
Gerac¸˜ao de dados massivos em Biologia Molecular;
Leandro Nascimento Lemos Bioinform´atica aplicada nas an´alises da microbiota do r´umen

3. Ciˆencia de Dados (Data Science)
Sequenciamento massivo gera muitos dados!
Illumina Hiseq: sequenciamento de at´e 2.000 genomas
microbianos em uma ´unica corrida.
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4. Bioinform´atica
O que ´e: Aplicac¸˜ao da Ciˆencia
de Dados na resoluc¸˜ao de
problemas biol´ogicos;
Desafio: processar uma
avalanche de dados gerados por
sequenciadores de nova gerac¸˜ao;
Solu¸c˜ao: Produzir novas
ferramentas computacionais.
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5. Bioinform´atica
Ferramentas de
Processamento:
Ferramentas de
Visualiza¸c˜ao:
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6. Bioinform´atica: Human Microbiome Project
Explorar as relac¸˜oes entre doenc¸as humanas e alterac¸˜oes na
microbiota;
Desenvolvimento de novas ferramentas de Bioinform´atica
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7. Bioinform´atica: Human Microbiome Project
Desenvolvimento de novas ferramentas de Bioinform´atica
(IMG/M)
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8. Bioinform´atica: Computadores de alto desempenho
Alta capacidade de
processamento,
armanezamento e mem´oria;
Illumina Hiseq
(18.000.000/reads por
amostra);
128 processadores e 2 TB
de mem´oria ram.
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9. Linux
Sistema operacional livre.
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10. Estudos de comunidades microbianas (ou de microbiomas)
T´ecnicas independentes de cultivo de microrganismos
Perfil de 16S rDNA; Metagenˆomica; Metatranscritˆomica
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11. Perfil de 16S rDNA
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12. Perfil de 16S rDNA: Pipelines
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13. Perfil de 16S rDNA
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14. Perfil de 16S rDNA. (4) Qualidade de
sequenciamento/Remoc¸˜ao de sequˆencias de baixa
qualidade
Qualidade do sequenciamento
Software: FastQC
(http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc)
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15. Perfil de 16S rDNA. (5) Remoc¸˜ao de sequˆencias de baixa
qualidade
Remover as sequˆencias dos adaptadores, primers e barcodes;
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16. Perfil de 16S rDNA. (5) Remoc¸˜ao de sequˆencias de baixa
qualidade
Remover as sequˆencias de baixa qualidade (Phred Score).
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17. Perfil de 16S rDNA. (5) Detecc¸˜ao e remoc¸˜ao de sequˆencias
quim´ericas
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18. Perfil de 16S rDNA. (7a) Agrupamento de OTUs -
Operational Taxonomic Units
Agrupamento de sequˆencias por n´ıvel de identidade (e.g., 97%);
Eliminac¸˜ao de dados redundantes (repetidos) e reduc¸˜ao da complexidade
computacional;
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19. Perfil de 16S rDNA. (7b) Identificac¸˜ao taxonˆomica
Afiliac¸˜ao taxonˆomica com base no n´ıvel de similaridade com sequˆencias
depositadas em bancos de dados p´ublicos;
Softwares: RDP Classifier; Usearch; BLAST.
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20. Perfil de 16S rDNA. Exemplo de estudo
Qual ´e a influˆencia da idade no desenvolvimento da microbiota do rumen
em bovinos?
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21. Metagenˆomica
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22. Metagenˆomica
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23. Metagenˆomica: Pipelines
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24. MG-RAST: plataforma online de processamento de dados
metagenˆomicos
Acesso: http://metagenomics.anl.gov
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25. MG-RAST: plataforma online de processamento de dados
metagenˆomicos
Reconstruc¸˜ao do potencial metab´olico.
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26. Metagenˆomica . Exemplo de estudo
27.755 genes CAZy e montagem do genoma de 15 bact´erias
n˜ao-cultiv´aveis.
Express˜ao de 90 candidatos (57% apresentaram atividade enzim´atica);
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27. Metagenˆomica - Banco de dados
Carbohydrate-Active enZYmes Database (http://www.cazy.org/)
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28. Metatranscritˆomica
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29. Metatranscritˆomica: Pipeline
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30. Metatranscritˆomica: Exemplo de estudo
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31. Onde aprender?
Coursera: https://www.coursera.org
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32. Onde aprender?
Coursera: https://www.coursera.org
Gut Check: Exploring Your Microbiome
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33. Obrigado pela aten¸c˜ao!
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