1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
FACULDADE DE BIOMEDICINA
HEREDITARIEDADE & EVOLUÇÃO
CICLO DE SEMINÁRIOS II
PROFESSORES: Ândrea Ribeiro, Amanda Vidal, Greice Cardoso,
João Guerreiro, Pablo Pinto e André Santos.
ALUNOS: Adriana Araújo, Lucas Jorge, Luana Cabral, Mariele
Goés, Rafaela Valmont, Vitória Viana.
EXPLORING THE APPLICATIONS AND
POTENTIAL OF BIOINFORMATICS
(GAWANDE & RANDE, 2016)

2. I. INTRODUÇÃO
É um campo interdisciplinar que desenvolve
métodos e ferramentas de software para o
entendimento de dados biológicos.
O que é bioinformática
?

3. BIOINFOR-
MÁTICA
Estatística
Matemática
Ciência
da
computação
Engenharia
Biologia

4. Aplicações
Analisar e catalogar as vias biológicas e redes;
Identificação de nucleotídeos e genes candidatos;
Análise do gene e expressão e regulação de proteínas;
Entendimento os princípios organizacionais dentro de sequências de
ácidos nucleicos e proteínas;
Sequenciamento e anotação de genomas e suas mutações
observadas;
Desenvolvimento de ontologias biológica
Exploração de textos da literatura biológica;
Comparação de dados genéticos e genômicos: compreensão dos
aspectos evolutivos da biologia molecular;
Auxilia na simulação e modelagem de estruturas de DNA, RNA e
proteínas, bem como interações moleculares.

5. II. ESTUDO DA BIOINFORMÁTICA COM A CIÊNCIA DA
COMPUTAÇÃO E OUTRAS DISCIPLINAS
1. SEQUÊNCIAS

6. ● Para estudar como as atividades celulares normais são
alteradas em diferentes estados de doença, os dados
biológicos devem ser combinados para formar um quadro
abrangente dessas atividades.
● Desenvolvimento e implementação de programas de
computador que permitam o acesso, uso e gestão de vários
tipos de informação.
● Desenvolvimento de novos algoritmos e medidas estatísticas
que avaliam as relações entre membros de grandes conjuntos
de dados.
2. OBJETIVOS

7. 2. OBJETIVOS
O principal objetivo da bioinformática é aumentar a
compreensão dos processos biológicos. O que o diferencia de
outras abordagens, no entanto, é seu foco no desenvolvimento e
aplicação de técnicas computacionalmente intensivas para
alcançar esse objetivo.

8. 3. RELAÇÃO COM OUTROS CAMPOS
Analisar dados biológicos para produzir informações
significativas envolve escrever e executar programas de
software que usam algoritmos de teoria de gráficos,
inteligência artificial, softwares de computador, mineração
de dados, processamento de imagens e simulação de
computador. Os algoritmos, por sua vez, dependem de
fundamentos teóricos, como a matemática discreta, a teoria
de controle, a teoria do sistema, a teoria da informação e a
estatística.

9. III. ANÁLISE DE SEQUÊNCIA
➔ O sequenciamento do DNA de vários seres vivos foi decodificado e
armazenado em bancos de dados :
◆ genes e suas proteínas
◆ genes de RNA
◆ sequências regulatórias
◆ motivos estruturais
◆ sequências repetitivas
➔ Resultados por comparação entre
espécie e outras espécies:
◆ Identificar mesma função proteica.
◆ Árvores filogenéticas.
Fonte: Understanding Evolution

10. ➔ Complexidade do Genoma Humano para
CPUs
➔ Presença de lacunas no produto final
➔ O método mais recorrente: SHOTGUN
➔ Expansão na pesquisa de novos algorítimos
de montagem do Genoma Humano
Fonte: Commins, J., Toft, C., Fares, M. A.
III. ANÁLISE DE SEQUÊNCIA

11. IV. APLICAÇÕES
● DESENVOLVIMENTO DE
VARIEDADES RESISTENTES
● DESENVOLVIMENTO DE DROGAS
● LIMPEZA DE RESÍDUOS
● ENERGIAS ALTERNATIVAS
RENOVÁVEIS
● RESISTÊNCIA À ANTIBIÓTICOS
● MEDICINA MOLECULAR
● MEDICINA PERSONALIZADA
● MEDICINA PREVENTIVA
● TERAPIA GÊNICA
● ESTUDOS DE EVOLUÇÃO
● ESTUDOS COMPARATIVOS

12. ● MEDICINA MOLECULAR E O
GENOMA HUMANO
○ Carácter genético de toda as
doenças
○ Hereditário x Interação
ambiental
○ Inovação: caracterização
gene - doença
○ Resultante: prevenção +
tratamento + cura Fonte: Google imagens

13. Fonte: ICNT / CNPQ

14. ● MEDICINA PERSONALIZADA
○ Destaque: Farmacogenômica
“Estudo de como a herança genética de um indivíduo
afeta a resposta do corpo às drogas.”
○ Relação: drogas “salvadoras” - paciente “cobaia” - futuro da
medicina

15. ● MEDICINA PREVENTIVA
○ Exames genéticos de susceptibilidade a doenças
○ Efetividade de ações preventivas
○ Tratamento na fase inicial → Impacto positivo

16. ● TERAPIA GÊNICA
■ “É a abordagem usada para tratar, curar ou
mesmo prevenir doenças, alterando a expressão
dos genes de uma pessoa”
○ Uso de genes para tratar doenças;
○ Estágios iniciais: ensaios clínicos de casos de câncer,
dentre outros.

17. Fonte: SlidePlayer. Publicado por Silvana Lobo Santiago.

18. ● ESTUDOS DE EVOLUÇÃO
-> Sequenciamento dos três domínios da
vida para chegar ao último ancestral
universal comum (LUCA).
Fonte: Nature Scitable (2018)Fonte: Amoeba Sisters (2018)

19. ● ESTUDOS COMPARATIVOS
-> Usando organismo-modelo (período de vida curto, reprodução rápida,
sendo fácil de lidar, mais baratos e que podem ser manipulados em um nível
genético) e ferramentas computacionais.
Exemplo: Rattus novergicus x Homo sapiens sapiens
Rat Genome Database
Existe desde 1999 e tem sido
um recurso para obter informações
dos fenótipos, genoma dos ratos,
incluindo sua relação com os
genes ortólogos do genoma
humano.

20. ● DESENVOLVIMENTO DE VARIEDADES RESISTENTES
-> Variedades de cereais resistentes, por exemplo, à alcalinidade do
solo, livres de toxicidade pelo Fe e Al ou sob deficiência de Zn.
E quanto à temperaturas elevadas e condições de água reduzidas?
Impacto na fisiologia e na qualidade de malte da cevada exposta ao
calor, seca e sua combinação durante diferentes estágios de
crescimento sob ambiente controlado. (Mahalingam R; Bregitzer P.
2018)

21. ANTES DEPOIS
Necessidade urgente de triagem da coleta de germoplasma de cevada para
identificar linhagens com tolerância ao calor e estresse hídrico, para que possam
prosperar bem nos cenários previstos de mudanças climáticas futuras.

22. ● DESENVOLVIMENTO DE DROGAS
Identificar e validar mais drogas alvo-
específicas para tratamento, buscando minimizar
efeitos colaterais e atuando na causa.
Atualmente existem apenas 500 proteínas
como alvo de drogas no mercado.
A molécula antagonista
V-9302, em estudos em ratos,
foi capaz de bloquear a via do
metabolismo da glutamina.
Essa via está envolvida
como suprimento energético
principal de tumores
malignos. (Lei Li et al., 2018)
Fonte: Google Imagens

23. ● LIMPEZA DE RESÍDUOS
Deinococcus radiodurans
com potencialidade útil
em neutralizar resíduos
radioativos e químicos
tóxicos.
Possível antídoto às
armas químicas.
Bactéria resiste a radiação três mil vezes mais alta que
a necessária para matar um ser humano
Fonte: Google Imagens

24. ● ENERGIAS ALTERNATIVAS RENOVÁVEIS
Chlorobium tepidum
Tem a capacidade única de gerar
energia da luz, pois contém pigmentos
verdes agregados numa forma espacial
diferente das plantas.
Provável substituidor das
energias a carvão, petróleo e elétrica.
Fonte: Google Imagens

25. ● RESISTÊNCIA À ANTIBIÓTICOS
Enterococcus faecalis
Principal causa de infecção
bacteriana hospitalar;
Foi identificado uma região de
virulência (ilha de patogenicidade), que
confere resistência à antibióticos e é capaz
de convertê-la em invasora por
transformação bacteriana;
Através disso, poderá ser efetuado a
detecção de cepas patogênicas no local.
Fonte: Google Imagens

26. V. SOFTWARES E FERRAMENTAS
● Softwares de fonte aberta/código aberto
➢ O que são?
➢ Para que servem?
➢ Importância atribuída
● Bioconductor, BioPerl, Biopython, BioJava, BioJS, BioRuby, Bioclipse,
EMBOSS, .NET Bio, Apache Taverna, UGENE e GenoCAD.
● Mecanismo do MediaWiki com a extensão WikiOpener.
Fonte: Google Imagens

27. ● Serviços de web em Bioinformática
➢ REST:
➢ SOAP:
● Classificação dos serviços básicos em Bioinformática
➢ Serviços de Busca de Sequência (SSS)
➢ Alinhamento de Múltiplas Sequências (MSA)
➢ Análise de Sequência Biológica (BSA)
● Sistemas de Gestão de Fluxo de Trabalho em Bioinformática
➢ O que é?
➢ Finalidade
➢ Plataformas que oferecem este serviço: Galaxy, Kepler, Taverna,
UGENE, Anduril.

28. ● BIOWEKA - Ampliando o framework Weka para a Bioinformática
Visão geral da BioWeka: A BioWeka
oferece carregadores para muitos
formatos de arquivo de bioinformática
conhecidos, bem como a
possibilidade de importar formatos
XML personalizados. Além disso, a
BioWeka adiciona filtros para
manipular esses dados de entrada,
bem como a possibilidade de alinhar
sequências em Weka e gerar
classificações a partir das
pontuações resultantes. As
extensões BioWeka são mostradas
em cinza claro.
(Gewehr, Szugat, Zimmer, 2007)

29. VI. CONCLUSÃO
A bioinformática fornece um alto potencial para pensar sobre a vida real e
problemas matemáticos com a nova abordagem humana. Também aprimora o
estudo do desenvolvimento e das evoluções do organismo vivo, o que nos ajuda
a abrir novas áreas computacionais. A bioinformática também nos ajuda a
buscar as soluções para as diversas doenças que não é possível pela ciência
computacional.
Fonte: Google Imagens

30. ATUAÇÃO DO BIOMÉDICO
Analisar e catalogar as vias biológicas e redes;
Identificação de nucleotídeos e genes candidatos;
Análise do gene e expressão e regulação de proteínas;
Entendimento os princípios organizacionais dentro de sequências de
ácidos nucleicos e proteínas;
Sequenciamento e anotação de genomas e suas mutações
observadas;
Desenvolvimento de ontologias biológica
Exploração de textos da literatura biológica;
Comparação de dados genéticos e genômicos: compreensão dos
aspectos evolutivos da biologia molecular;
Auxilia na simulação e modelagem de estruturas de DNA, RNA e
proteínas, bem como interações moleculares.

31. O grande desafio é aprender
programação
Cursos de pós-graduação em bioinformática a
nível lato sensu e stricto sensu
Mercado de trabalho promissor e com ampla gama de
atuação, podendo trabalhar em laboratórios de pesquisa
biológica e médica, desenvolvimento de softwares,
treinamentos e educação em bioinformática.

32. Agradecemos a atenção!
“Se você é persistente, determinado, dinâmico e gosta de aprender, a
bioinformática é para você!”
Ana Carolina Barbosa Caetano/

33. REFERÊNCIAS
1. BHULLAR, N.; GRUISSEM, W.; SINGH, S. Single genetic locus improvement of iron, zinc and β-carotene content in rice
grains. Scientific Reports, [S.l.], v. 7 (1), p. 6883, jan. 2017. Disponível em: <http://doi.org/10.1038/s41598-017-07198-5>. Acesso
em: 10 nov. 2018.
2. BIOINFORMATICS.ORG. World Wide Web. URL: BioWeka. 2005. Disponível em:
<https://www.bioinformatics.org/forums/forum.php?forum_id=3671>. Acesso em: 01 dez. 2018.
3. CAETANO, Ana Carolina Barbosa. A Biomedicina na Bioinformática. Disponível em:
<https://www.biomedicinapadrao.com.br/2017/08/a-biomedicina-na-bioinformatica.html> Acesso em: 16 de dezembro de 2018
4. Eugene V. Koonin, Ph.D. (National Center for Biotechnology Information, National Institutes of Health) © 2010 Nature Education
Citation: Koonin, E. V. (2010) The Two Empires and Three Domains of Life in the Postgenomic Age. Nature Education
3(9):27. Visto em: <https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-two-empires-and-three-domains-of-14432998#> Acesso em:
09.Nov.2018
5. NCBI - NATIONAL CENTER FOR BIOTECHNOLOGY INFORMATION. U.S. National Library of Medicine. Oryza sativa Organism
overview. Disponível em: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/10>. Acesso em: 10 nov. 2018.
6. NICÉSIO, Raphael Gonçalves. Biomedicina e Bioinformática. Disponível em:
<https://www.biomedicinabrasil.com/2017/10/biomedicina-e-bioinformatica.html> Acesso em: 16 de dezembro de 2018
7. Wimmer E. The test-tube synthesis of a chemical called poliovirus: The simple synthesis of a virus has far-reaching
societal implications. EMBO reports. 2006; 7: S3–S9. https://doi.org/10.1038/sj.embor. 7400728 PMID: 16819446
8. WIMMER, E.; PAUL, A.; CELLO, J. Chemical Synthesis of Poliovirus cDNA: Generation of Infectious Virus in the Absence
of Natural Template. Science, [S.l.], v. 297 (5583), p. 1016-1018, jan. 2002. DOI: 10.1126/science.1072266 ISSN: 0036-8075
Disponível em: <http://science.sciencemag.org/content/297/5583/1016>. Acesso em: 10 nov. 2018.