Novas Perspectivas em Estudos de Ecologia Microbiana

Novas Perspectivas em Estudos de EcologiaMicrobiana

Leandro Nascimento Lemos

Doutorando em Biologia na Agricultura e no AmbienteSupervisor: Profa. Dra. Siu Mui Tsai

Marco/2017

Leandro Nascimento Lemos Novas Perspectivas em Estudos de Ecologia Microbiana

Novas perspectivas em estudos de Ecologia Microbiana

Descobrir novos microrganismos nao-cultivaveis(biodiversidade desconhecida).



Descobrir novos microrganismos nao-cultivaveis(biodiversidade desconhecida).



1 Sequenciamento massivo de DNA.2 Desenvolvimento de supercomputadores.3 Desenvolvimento de novas ferramentas computacionais (de

Bioinformatica).


Ciencia de Dados (Data Science)

Acesso a informacao e como transformar a informacao emconhecimento;


Ciencia de Dados (Data Science)

Acesso a informacao e como transformar a informacao emconhecimento;https://www.youtube.com/watch?v=OE63BYWdqC4


https://www.youtube.com/watch?v=OE63BYWdqC4


1 Sequenciamento massivo de DNA.2 Desenvolvimento de supercomputadores.3 Desenvolvimento de novas ferramentas computacionais (de

Bioinformatica).


1. Sequenciamento massivo de DNA

Illumina Hiseq: sequenciamento de ate 2.000 genomasmicrobianos em uma unica corrida.



Ebola em 2015. 28.599casos 11.299 mortes naAfrica Ocidental.Sequenciamento:Caracterizar o agenteinfeccioso e determinar astaxas de mutacoes.Ganhos: Identificacao detracos adaptativos ecaracterizacao de respostasdo vırus a vacinas etratamentos.



MinIon: Sequenciador portatil USB.



MinIon: Strand sequencing - DNA passa intacto em umnanoporo proteico, sendo sequenciado em tempo real, assimque a molecula ultrapassa o poro.https://www.youtube.com/watch?v=BNz880V52rQ


https://www.youtube.com/watch?v=BNz880V52rQ


SmidgION - Mobile analyses


2. Desenvolvimento de supercomputadores

Velocidade dos avancos nacapacidade deprocessamento earmazenamento de dados.



Lei de Moore: Numero de transistores em um chip dobrariaa cada 18 meses, mantendo ou diminuindo o custo deproducao e o espaco ocupado pela peca.



Alta capacidade deprocessamento,armanezamento e memoria;Illumina Hiseq(18.000.000/reads poramostra);128 processadores e 2 TBde memoria ram.


3. Bioinformatica

O que e: Aplicacao da Cienciade Dados na resolucao deproblemas biologicos;Desafio: processar umaavalanche de dados gerados porsequenciadores de nova geracao;Solucao: Produzir novasferramentas computacionais.


3. Bioinformatica

Ferramentas deProcessamento:

Ferramentas deVisualizacao:


Bioinformatica: Human Microbiome Project

Explorar as relacoes entre doencas humanas com alteracoes namicrobiota;Desenvolvimento de novas ferramentas de Bioinformatica


Bioinformatica: Human Microbiome Project

Desenvolvimento de novas ferramentas de Bioinformatica(IMG/M)




Estudos de comunidades microbianas (ou de microbiomas)

Tecnicas independentes de cultivo de microrganismos;Microrganismos nao-cultivaveis sao a maioria!Meta’omics: integracao de diferentes tipos de dados.


Reconstrucao de genomas em amostras de metagenomaspor Single-cell

Separacao de celulas de bacterias nao-cultivaveis;Extracao de DNA e amplificacao do genoma total;Sequenciamento e Bioinformatica.


Reconstrucao de genomas em metagenomas por Single-cell

Separacao de 9.600 celulas e sequenciamento de 201 genomasde bacterias e arqueias nao-cultivaveis;Muitos grupos ainda desconhecidos (”microbial dark matter”);


Reconstrucao de genomas em metagenomas por Single-cell

Codon de parada UGA codifica uma glicina;Sıntese de purina de arqueias presentes em bacterias (transferenciahorizontal de genes);


Reconstrucao de genomas em amostras do metagenomatotal

Metagenomas = multiplos genomas presentes em umaamostra ambiental.Genomas microbianos sao parecidos (evolucao) == dificultao processo de separacao (ou montagem);


Reconstrucao de genomas - Binning

Solucoes: Montagem e Binning


Reconstrucao de genomas - Binning

Reconstrucao do genoma de uma Firmicutes nao-cultivaveis ecom abundancia relativamente alta em compostagem.


Nova arvore da vidaPontos vermelhos indicam grupos que ainda nao foram cultivados.


Onde aprender?

Coursera: https://www.coursera.org


https://www.coursera.org

Onde aprender?

Coursera: https://www.coursera.org

Gut Check: Exploring Your Microbiome


https://www.coursera.org

Obrigado pela atencao!


Education

Novas Perspectivas em Estudos de Ecologia Microbiana