Genômica: Aplicações Clínicas - FÓRUNS · PDF...
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Genômica: Aplicações Clínicas
Prof. Dra. Neuza Lopes - 2013P&D Grupo Fleury/InCor- HCFMUSP
Projeto Gemona Humano
Objetivos• Determinar a sequência
de todos os nucleotídeos do DNA humano, identificar e localizar os genes.
Genoma é constanteFenótipo é dinâmico, muda constantemente
registra a história da vida – papel do RNA
O fenótipo depende do meio ambiente e de suas interações com o genótipo.
Mudança de Paradigma
Genoma
mRNA ncRNA
Proteínas
Variação Normal ou PatológicaAmbiente
Variação em seqüência Variação estrutural Variação química na cromatina
Epigenômica
Genômica
Transcriptômica
Proteômica
Dogma Central
DOENÇAS COM COMPONENTE GENÉTICO
Identificação do defeito genético
Diagnóstico
Medicina preventiva
Farmacogenética
Terapêutica
Análise do fluxo da informação celular pela pesquisa genômica
Sequenciamento de DNA: princípios
• Sequenciamento de DNA: metodologia que revolucionou a medicina diagnóstica
• Sequencia de bases permite prever manifestações do indivíduo
• Diagnósticos precoces permitem melhor tratamento e qualidade de vida
• Diagnósticos moleculares são mais precisos
Gerações de Seqüenciadores
3ª Geração (single molecule)
Single Molecule Real Time –SMRT
(Pacific Bioscience)
HeliScope (Helicos Bioscience)
454 (Roche)
2ª Geração(amplificação clonal)
SOLiD (Life Technologies)
HiSeq2000, HiSeq2500, MiSeqIllumina
Ion Torrent- PGM, Proton(Life Technologies)
GridION-Oxford Nanopore
4ª Geração (Post-Light)
1ª Geração(clonagem) Sanger
•Informação em grande escala
•Custo baixo
•Grande Processamento
Sequenciamento de Próxima Geração (Next Generation Sequencing - NGS)
Venter, 2010 - Nature
2001: Human Genome Project2.7G$, 11 years
2001: Celera100M$, 3 years
2007: 4541M$, 3 months
2008: ABI SOLiD60K$, 2 weeks
2009: Illumina, Helicos40-50K$ 2010: 5K$,
a few days?2012: 1000 <24 hrs?
Captura de Exons
Captura de 180.000 exons codificantesCaptura de 541 exons de micro RNAs
- Estima-se o exoma humano em 35 a 40 Mb (aproximadamente 1 % do genoma total)
- Estima-se que 90% das doenças mendelianas tem como causa variações em exons
Exoma
Objetivos para sequenciamento genômicoExemplo
Sequenciamento de novo
Sequenciamento genômico Sequenciamento de >1000 genomas deinfluenza
DNA de org. extinto NeanderthalMetagenomica Intestino humano
Resequencia-mento
Genomas completos Indivíduos humanosRegiões genômicas Detecção de rearranjos ou regiões
associados à doenças
Mutações somáticas Em câncerTranscriptoma mRNA Definir regulação da transcrição
Serial Analysis of Gene Expression (SAGE)RNAs não codificadores Identificar e quantificar microRNAs
Epigenética Padrão de Methilação Avaliar padrão de metilação em câncer
Personal Genome Machine – Ion Torrent (life technologies)
Three types of semiconductor chips:314 – 20Mb316 - 200Mb318 – 1Gb
Read length depends on base composition 200-250bp (200cycles)System is enabled for Paired End 2x100cyclesThe fastest sequencing system on the market.Recommendation:Resequencing applications which require fast turnaround of samples
- Amplicons (PCR products)- Small and medium size genomes- Custom DNA capture applications
How it works:
H+ ion is released during base incorporation. Individual polymerases attached to beads are positioned in tiny wells that rest on a tiny pH meter.
Ion Proton System
- Human genome in one day- Cost of reagents $1000 per run- Error rate around 1.2%- Human Genome, RNAseq, ChIPseq
Ion Proton Chip I – 10Gb(Whole Exome capture experiments)
Ion Proton Chip II – 100GbWhole human Genome resequencing
Biotecnologia
Genômica, transcriptômica, proteômica, lipidômica, ômicas
- Bioinformática, quimioinformática, neuroinformática
- Biologia computacional- Algoritmos - Análise estatística de dados biológicos- Biologia digital- Biologia de sistemas- Data mining
Text mining
GWAS Genome Wide Association Studies
• Genotipagem de milhares de SNPs utilizando microarranjos da Illumina
• Modelo de Arquitetura Alélica para doenças Complexas – CD/CV – Common Disease/Common Variability ?
Indicação
• Detecção de mutações gênicas e de polimorfismos
• Detecção de Expressão gênica em diferentes tecidos sob condições normais e anormais
• Sequenciamento do DNA e genotipagem
Microarray Processing sequence
Published Genome-Wide Associations through 06/2011,
1,449 published GWA at p≤5x10-8 for 237 traits
NHGRI GWA Catalogwww.genome.gov/GWAStudies
Não está assim tão claro!
Ambiente e epigenéticaVariação fenotípica
normal
Modificado de:
?
Oncologia molecular
• Genes do câncer• Fatores genéticos no câncer• Terapia gênica• Aplicações no diagnóstico• Triagem genética• Prognóstico
PCR em tempo real
• Auxilia a identificação de diferentes subtipos deleucemias – translocações cromossômicasenvolvendo pontos de quebra recorrentes eespecíficos no DNA genômico
Farmacogenética
• Medicina Personalizada já é uma realidade
Herceptina - Só é efetiva num subgrupo de cancer de mama com amplificação do protooncogene neu/ herbB
primeira droga no mercado que necessita de um teste genético antes de ser usada!
Farmacogenética - Varfarina
Farmacogenética - Clopidogrel
Farmacogenética - Estatinas
Functionalrs4149056
Microbiologia molecular
• Detecção laboratorial de patógenos• Patogenia das doenças• Epidemiologia dos distúrbios infecciosos
– Identificação – Resistência a drogas– Evolução e taxonomia
Diagnóstico molecular – meningite e penuemonia bacteriana
Testes genéticos comerciaisMiocardiopatia Hipertrófica
Painel de genes testados varia conforme a empresa
Mais simples: 10 genes
Mais completos: 28 genes
Identificação da mutação em 30-62% dos casos
Resultado negativo ≠ ausência da doença
PROJETO EPIGENOMA HUMANOInstituto Sanger (britânico) e empresa Epigenomics (alemã) -
2005
•Pretende esclarecer como fatores ambientais (dieta e estresse) podem interferir no funcionamento dos genes?
•Como o estilo de vida aciona ou silencia os genes?•Como gêmeos idênticos (mesmo genoma) manifestam doenças diversas, como esquizofrenia, diabetes ou câncer?
•A metilação do DNA é influenciada pela alimentação →suplementação de vit B12,
ácido fólico e betaína → ricos em grupo metil → desativação gênica
DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS GENÉTICAS MÉTODOS DE RASTREAMENTO
• Ampla variação de técnicas • Vantagens e desvantagens dos métodos• Limitações e sensibilidade dos métodos
Avanços tecnológicos e redução de custos podem tornar novas técnicas de diagnóstico aliadas poderosas e acessíveis na prevenção e no
tratamento de doenças genéticas
Futuro
Avanços na Medicina
• Preventiva
• Diagnóstico (específico, sensível, efetivo e seguro)
• Tratamento (desenhos de fármacos específicos)
- Identificação de vírus respiratórios por painel em array de baixa densidade – 18 agentes avaliados em conjunto
- Avaliação de mutações em tumores sólidos (pulmão) para resposta à quimioterapia (EGFR / KRAS / BRAF)
- Variantes HPV
- Painéis de Leucemia – qualitativos e quantitativos
- Genética Molecular
- Avaliação de cepas bacterianas
- Quantificação e Genotipagem HIV
Onde estamos na era pós-genômica no Grupo Fleury
Perspectivas
• Analitos avaliados em conjunto• Volume crescente de informação • Interpretação conjunta com diversas áreas• Tecnologias robustas• Reavaliação da ponte desenvolvimento-
aplicação• Remodelagem mercado saúde
• aplicações rápidas• Novos clientes