O documento discute bioinformática, definindo-a como o emprego de ferramentas computacionais no estudo de problemas biológicos. Aborda a história da bioinformática desde a descoberta da estrutura do DNA, o Projeto Genoma Humano, e o desenvolvimento de estratégias de planejamento de fármacos utilizando ferramentas computacionais. Também discute os principais problemas alvo da bioinformática, como análise de sequências e estruturas, e tendências atuais como manipulação de grandes dados, processamento paral

1. Bioinformática do DNA ao medicamento:
Bioinformática do DNA ao medicamento:
ferramentas e usabilidade
ferramentas e usabilidade
Alex Camargo
alex@apus.digital
FEDERAÇÃO NACIONAL DOS ESTUDANTES
DE BIOENGENHARIAS
FENEBE
WEBINAR BIOINFORMÁTICA
JUNHO/2021

2. 2
I. Organização da palestra
Esta apresentação está organizada da seguinte maneira:
 Apresentação
 Objetivos
 O que é Bioinformática?
 Engenharia de proteínas
 Onde estudar?
 Agradecimentos
 Referências
Bioinformática do DNA ao medicamento: ferramentas e usabilidade Alex Camargo

3. 3
II. Apresentação
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4. 4
II. Apresentação
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5. 5
II. Apresentação
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6. 6
II. Apresentação
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7. 7
III. Objetivos da palestra
Dentre os objetivos, podem ser elencados:
 Compreender os desafios enfrentados Bioinformática.
 Explorar tecnologias no contexto de software em Linux.
 Motivar novos bioinformatas.
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"Aprender o que eu já sei não tem graça." - Prof. Gerson Leiria
(UNIPAMPA)

8. 8
1. O que é Bioinformática?
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9. 9
1.1. Introdução
A Bioinformática pode ser definida como o emprego de ferramentas
computacionais no estudo de problemas e questões biológicas,
abrangendo diversas áreas do conhecimento.
 Bioinformática tradicional: problemas relacionados a
sequências de nucleotídeos e aminoácidos.
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1.1. Introdução
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Figura: Representação de sequências de nucleotídeos e aminoácidos.

11. 11
1.1. Introdução
A Bioinformática pode ser definida como o emprego de ferramentas
computacionais no estudo de problemas e questões biológicas,
abrangendo diversas áreas do conhecimento.
 Bioinformática tradicional: problemas relacionados a
sequências de nucleotídeos e aminoácidos.
 Bioinformática estrutural: questões biológicas de um ponto
de vista tridimensional.
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Figura: Representação de estruturas tridimensionais de proteínas.

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1.1. Introdução
Podemos traçar como momento chave o início da década de 1950,
quando a revista Nature publicou o trabalho sobre a estrutura em
hélice da molécula de DNA por Watson e Crick.
 Projeto Genoma Humano - PGH (1990-2000).
SEQUENCIAR É UMA COISA, ENTENDER É OUTRA.
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Figura: Revsta Nature de 2001.

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1.1. Introdução
Podemos traçar como momento chave o início da década de 1950,
quando a revista Nature publicou o trabalho sobre a estrutura em
hélice da molécula de DNA por Watson e Crick.
 Projeto Genoma Humano - PGH (1990-2000).
SEQUENCIAR É UMA COISA, ENTENDER É OUTRA.
 Estratégias de planejamento de fármaco$.
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Figura: How are drugs designed and developed?

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1.1. Introdução
Podemos traçar como momento chave o início da década de 1950,
quando a revista Nature publicou o trabalho sobre a estrutura em
hélice da molécula de DNA por Watson e Crick.
 Projeto Genoma Humano - PGH (1990-2000).
SEQUENCIAR É UMA COISA, ENTENDER É OUTRA.
 Estratégias de planejamento de fármaco$.
 Emprego de ferramentas computacionais.
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Figura: Design computacional de fármacos.
1.1. Introdução

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1.2. Problemas alvo
Considerando o tipo de informação manipulada, os problemas e
questões abordados pela Biologia Computacional podem ser
agrupados em:
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1.2. Problemas alvo
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Figura: Metodologias que lidam com sequências (verde) e metodologias envolvidas com
estruturas tridimensionais (laranja).

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1.3. Tendências e desafios
Como uma área em rápido desenvolvimento, a Biologia
Computacional exige de seu praticante uma constante atenção a
novas abordagens, métodos, requerimentos e tendências.
 Manipulação de dados
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1.3. Tendências e desafios
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Figura: Genoma Humano em um arquivo.

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1.3. Tendências e desafios
Como uma área em rápido desenvolvimento, a Biologia
Computacional exige de seu praticante uma constante atenção a
novas abordagens, métodos, requerimentos e tendências.
 Manipulação de dados
 Processamento paralelo
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1.3. Tendências e desfios
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Figura: Dinâmica molecular de proteínas.

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1.3. Tendências e desafios
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Figura: Comparação entre tempo de execução em software para dinâmica molecular (CPU
versus GPU)

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1.3. Tendências e desafios
Como uma área em rápido desenvolvimento, a Biologia
Computacional exige de seu praticante uma constante atenção a
novas abordagens, métodos, requerimentos e tendências.
 Manipulação de dados
 Processamento paralelo
 Aprendizado de máquina
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1.3. Tendências e desfios
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Figura: Etapas que constituem o processo de KDD (Knowledge Discovery in Databases).

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2. Engenharia de proteínas
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2.1 Formas de visualização
O desafio de representar graficamente proteínas vem
acompanhando os pesquisadores desde o início dos estudos da
estrutura destas moléculas.
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Figura. Primeiro programa de visualização da estrutura 3D de moléculas.
Scientific American, 1966

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2.1 Formas de visualização
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Figura. Exemplo das formas de visualização mais comumente empregadas na
descrição de biomoléculas, aplicadas a uma proteína

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2.1 Formas de visualização
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Figura. VMD: tela inicial

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Figura. VMD: arquivo PDB da proteína 3THC

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2.1 Formas de visualização
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Figura. VMD: proteína 3THC com destaque para um ponto de mutação Y64F.

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2.2 Alinhamentos e Modelos
Tridimensionais
Alinhamentos são técnicas de comparação entre duas ou mais
sequências biológicas buscando séries de caracteres individuais que
se encontram na mesma ordem de representação.
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Figura. Aplicações dos métodos de alinhamento de sequências biológicas.

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2.2 Alinhamentos e Modelos
Tridimensionais
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Figura. Exemplo de alinhamento de múltiplas estruturas proteicas oriundas de
diferentes organismos

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
A função de uma proteína está associada à sua estrutura 3D. As
informações sobre a estrutura de uma proteína estão armazenadas
em uma sequência codificada nos genes de um organismo.
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Figura. Retinol Binding Protein com o retinol no sítio ativo, código PDB: 1RBP.

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
A predição de estruturas tridimensionais de proteínas se
caracteriza por possuir aplicações práticas de grande impacto
terapêutico e biotecnológico.
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Figura. Modeller: Sequência primária da proteína GLB1 (PDB: 3THC)

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
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Figura. Modeller: submissão ao BLAST.

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
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Figura. Modeller: Sequências com alinhamento significativo no BLAST.

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Figura. Modeller: download da estrutura 3WF2 pelo banco de dados PDB.

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Figura. Modeller: download da estrutura 3WF4 pelo banco de dados PDB.

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
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hCCFF00 - rgb 204,255,00
Figura. Modeller: download da estrutura 3THC pelo banco de dados PDB.

43. 43
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hCCFF00 - rgb 204,255,00
Figura. EasyModeller: comparando estruturas moldes.

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
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Figura. EasyModeller: alinhamento de estruturas

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2.3 Estrutura 3D de proteínas
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Figura. Modeller: modelo 3D gerado in-silico. A alça para fora da proteína são
provalmente aminoácidos que a ferramenta não conseguiu determinar na estrutura

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2.4 Dinâmica Molecular
É um procedimento de simulação que consiste na computação do
movimento dos átomos em uma molécula de acordo com as leis de
Newton.
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h0055D4 - rgb 000,085,212
hCCFF00 - rgb 204,255,00
Figura. Flexibilidade de enzima evidenciada através de simulação por dinâmica
molecular.

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2.4 Dinâmica Molecular
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Figura. Lisozima em uma caixa com água.

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Figura. GROMACS: tela inicial.

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Figura. GROMACS: execução da DM (PDB 1AKI).

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Animação. GROMACS: resultado da DM (PDB 1AKI)

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2.5 Mutações em Proteínas
Estudos de mutações visam, principalmente, determinar
experimentalmente as diferenças de energia livre (ΔΔG) entre a
proteína do tipo selvagem e a mutada.
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Figura. Mutações em proteínas: variação de energia livre.

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h0055D4 - rgb 000,085,212
hCCFF00 - rgb 204,255,00
Figura. Nomes dos 20 aminoácidos codificadores de proteínas

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hCCFF00 - rgb 204,255,00
Figura. mCSM: tela inicial de sumbissão.

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Figura. mCSM: resultados.

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3. Onde estudar?
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3. Onde estudar?
Está interessado no assunto?
 Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
(UNIPAMPA)
Mestrado
http://cursos.unipampa.edu.br/cursos/ppgcap/
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Figura: PPGCAP UNIPAMPA.

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3. Onde estudar?
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Figura: PPGCOMP FURG.

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Figura: COMBI-LAB FURG.

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Figura: COMBI-LAB FURG.

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hCCFF00 - rgb 204,255,00
Figura: Programa Interunidades de Pós-Graduação em Bioinformática (UFMG).

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IV. Agradecimentos
Deem graças em todas as circunstâncias, pois esta é a vontade de
Deus para vocês em Cristo Jesus. 1 Tessalonicenses 5:18
 APUS DIGITAL
 Diretoria Acadêmica da Federação Nacional das
Bioengenharias
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Referências
https://pt.slideshare.net/AdrianaDantas2/introduo-a-bioinformatica?
qid=3ffd1526-5c7f-434a-80be-7499b0815f04&v=&b=&from_search=13
https://pt.slideshare.net/genomika/como-seu-dna-com-a-bioinformtica-pode-
revolucionar-o-diagnstico-clnico-no-conhecimento-do-seu-corpo?qid=3ffd1526-
5c7f-434a-80be-7499b0815f04&v=&b=&from_search=9
https://pt.slideshare.net/JTADrexel/bioinformatics-2512758?qid=3594f6c5-
d7a5-4875-a846-f94a06166dbf&v=&b=&from_search=1
https://pt.slideshare.net/CinciasGenmicas/carreira-em-bioinformtica-e-
biotecnologia?qid=3ffd1526-5c7f-434a-80be-
7499b0815f04&v=&b=&from_search=42
http://www.labnetwork.com.br/destaque/a-bioinformatica-e-a-genetica-
avancam-no-diagnostico-e-tratamento-de-doencas/
http://g1.globo.com/bemestar/noticia/2016/03/cientistas-revelam-estrutura-do-
virus-da-zika-pela-primeira-vez.html
https://distrowatch.com/table.php?distribution=biolinux
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Referências
http://www.open-bio.org/wiki/Main_Page
http://www.biophp.org/
http://biopython.org/
http://biojs.io/
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Referências
http://www.open-bio.org/wiki/Main_Page
http://www.biophp.org/
http://biopython.org/
http://biojs.io/
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Figura: Referência inidicada.

65. Bioinformática do DNA ao medicamento:
Bioinformática do DNA ao medicamento:
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ferramentas e usabilidade
Alex Camargo
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JUNHO/2021