Sumários
T 22 : Aula cancelada
3 Dezembro 2024, 15:30 • Patricia Beldade
Aula cancelada por razões médicas. Matéria prevista para a T22 passou para a aula T24.
TP 11 : Projecto: preparação
2 Dezembro 2024, 14:00 • Patricia Beldade
Trabalho de grupo: planeamento de um projecto de investigação científica que use marcadores genéticos.
T 21: Genética forense e genética clínica
28 Novembro 2024, 12:30 • Patricia Beldade
Utilização de marcadores genéticos em investigação forense e na prática clínica.
A Genética Forense envolve identificar indivíduos através do seu perfil genético. Pode ser usada para identificação individual (e.g. saber se restos mortais correspondem a pessoas dadas como desaparecidas), determinação de parentesco (e.g. estabelecimento de paternidade), criminalística biológica (e.g. colocar suspeito no local e altura dum crime – análise que é tipicamente probabilística), e também estudo de acidentes em massa (em que há muitos restos mortais misturados) e em questões de imigração (e.g. estabelecimento de se candidatos a imigrar são, de facto, descendentes directos de residentes).
A Genética Clínica envolve a utilização de marcadores genéticos para diagnóstico (e.g. “teste do pezinho” que faz parte do Plano Nacional de Rastreio Neonatal que rastreia cerca de 40 doenças de base genética conhecida), etiologia (e.g. diabetes, cuja origem vai afectar o tipo de seguimento mais apropriado), prognóstico e terapêutica (e.g. decisões sobre o tratamento) de doenças humanas.
Há muitos marcadores mas usam-se sobretudo STRs (microssatélites) e SNPs.
1) Utilização de STRs em investigação forense. Propriedades relevantes dos STRs nestas aplicações, incluindo robustez, capacidade de descriminação, facilidade de análise, possibilidade de multiplex. Kits de marcadores e bases de dados de perfis partilhados internacionalmente. (e.g. CODIS, painel de cerca de 16-23 STRs que permitem determinar o sexo e, baseado na frequência conhecida dos alelos alternativos, permitem calcular probabilidade de identidade). Exemplos de utilização de STRs em diferentes tipos de investigação forense: criminalística biológica, identificação de identidade genética individual, investigação biológica de parentesco. A utilização de STRs na genética clínica é menos comum mas existem algumas doenças (geralmente neurodegenerativas) associadas à expansão de STRs.
2) Utilização de SNPs em investigação forense. Propriedades relevantes dos SNPs nestas aplicações, incluindo serem pequenos (e, portanto, passíveis de ser usados em DNA mais degradado), abundantes e presentes em diferentes zonas do genoma, baixa taxa de mutação (menor que para os STRs: 1/10K meioses para SNPs e 1/1K meioses para STRs). Exemplos de utilização de SNPs em diferentes tipos de investigação forense: identificação de indivíduos, identificação de características fenotípicas (EVCs: externally visible characters, como cor dos olhos, cabelo e pele), estudos de linhagens e relações familiares e estudos de ancestralidade. Utilização de SNPs em investigação clínica. Distinção entre SNPs (single nucleotide polimorphism) vs e SNVs (single nucletodide variant, em que os minor alleles são de frequência tão baixa que são usados como marcadores individuais ou familiares e não populacionais, como os SNPs). Exemplos de marcadores associados a doenças: BRAC1 em oncogenética, CYP em farmacogenética, marcadores associados a diabetes. Efeitos variáveis de alelos de marcadores usados em genética clinica: de patogénico a benigno. Uso de técnicas de NGS para genotipagem de alto débito e para sequenciação de genomas inteiros cada vez mais a ser usados na genética clínica.
Aula lecionada pelo convidado, Doutor Paulo Dário, especialista em genética forense e genética médica e com trabalho em ambas as áreas enquanto investigador no Instituto de Medicina Legal e, mais recentemente, no Instituto Nacional de Saúde Dr. Ricardo Jorge.
TP 10: Projecto: kick-off
28 Novembro 2024, 10:00 • Patricia Beldade
Explicação do projecto final: conteúdos e estrutura sugerida para a apresentação oral e estrutura obrigatória do documento escrito a entregar. Etapas na preparação do projecto. Trabalho de grupo para identificação do tópico do projecto.
T 20 : Microbiota studies: from barcodes and metagenomics to bacterial evolution [Dr. Nelson Frazão]
26 Novembro 2024, 15:30 • Patricia Beldade
Microbiota (conjunto de micro-organismos) e microbioma (conjunto dos seus genes). Importância dos micro-organismos associados a diferentes partes do corpo humano. Funções essenciais e protecção contra a invasão de patogénios (conferem o que se chama “resistência à colonização”). Também há microbioma associado a organismos de outras espécies e microbioma associado a diferentes tipos de ambientes (e.g. microbioma do oceano).
Caracterização da composição do microbiota usando análise genética: pode ser através de sequenciação dum único gene (barcode) ou de genomas completes. 16S como o DNA barcode usado para caracterizar “espécies” de bactérias. Em vez de espécies, fala-se em OTUs, Operational Taxonomic Units. Passos seguidos na análise de microbiota usando 16S: amostra biológica, extracção de DNA, amplificação de porção do 16S (primers em zonas conservadas flanqueadoras de zonas variáveis), sequenciação dos amplicões de 16S (normalmente por NGS), comparação das sequências obtidas com sequências correspondentes a diferentes OTUs que estão em bases de dados. Limitações da caracterização do microbiota através da análise de 16S: distinção entre espécies mas não de estirpes da mesma espécie; sequência de gene único não dá informação sobre funções de outros genes no genoma.
Sequenciação de genomas bacterianos completos. A metagenómica refere-se à sequenciação dos genomas do conjunto de microorganismos representados numa amostra biológica, usando tecnologia de NGS. Uma vez que temos todos os genes, para além de identificar “espécies”, esta análise permite chegar às funções que essas espécies possam estar a desempenhar. Também permite detectar variação intra-específica e outros organismos (como virus). Com metagenómica de amostras colhidas ao longo do tempo, é possível seguir a evolução da comunidade de micro-organismos bem como dos genomas das espécies que a compõem. Hoje em dia, está a usar-se a Inteligência Artificial para ajudar na análise da grande quantidade de dados da metagenómica (e.g. de artigo doi: 10.1016/j.cell.2024.09.027).
Perspectiva temporal da utilização de marcadores genéticos em estudos de microbioma: desde o 16S (1977, usando Sanger sequencing, Carl Woese descobriu um novo reino, archea) à metagenómica (2000s, usando NGS).
Exemplos de estudos da evolução da microbiota em ratinhos. Caso de estudo 1: Alterações do microbiota depois de tratamento com antibióticos: redução da carga microbiana e da diversidade de OTUs (Thompson et al. Cell Reports 2015). Caso de estudo 2: Evolução de novos colonizadores nos intestinos em animais com algum microbiota residente (tratamento breve com antibiótico que deixou alguma complexidade no microbiota residente). Detecção de mutações adaptativas: aparecimento em réplicas independents e aumento de frequência ao longo do tempo. Evolução também por transferência lateral de genes: profagos integrados nos genomas das bactérias invasoras (Frazão et al. PNAS 2019). Caso de estudo 3: Evolução de bactérias colonizadoras de intestinos de ratinhos fêmea grávidas e não grávidas tratadas com antibiótico que elimina todas escepto as bactérias invasoras. Sem diferenças na carga bacteriana e na taxa de mutação, mas com diferenças no número de targets mutacionais (mais elevados nas femeas grávidas, cujo intestino tem mais inflamação), incluindo uma mutação que apenas apareceu em femeas grávidas (estudo em curso no grupo do Nelson Frazão).