Bioinformática. Trabalho prático enunciado complementar. Notas complementares ao 1º enunciado - PDF
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Cristiana Gil Belmonte
1 Bioinformática Trabalho prático enunciado complementar Neste texto, enunciam- se algumas considerações adicionais ao 1º enunciado e uma lista de possíveis tarefas que complementam o enunciado original e que podem ser realizadas no âmbito do trabalho. Termina- se com um conjunto de links para ferramentas e bases de dados de interesse. Notas complementares ao 1º enunciado O objetivo primordial do trabalho em curso passa pela anotação funcional do genoma do organismo de interesse, i.e. a atribuição de funções ao máximo número possível de genes e proteínas do organismo. Assim, as ferramentas estudadas, e outras que considere de interesse, devem ser usadas com este propósito, validando as anotações originais já disponíveis para as sequências do organismo e procurando complementá- las ou corrigi- las nos casos em que estas eram inconclusivas, incompletas ou erróneas. Este processo passará pela integração de informação dada pelas bases de dados disponíveis e pelo uso de ferramentas bioinformáticas. Neste caso, as ferramentas de procura de homologias serão de especial relevo, requerendo que os resultados obtidos para cada pesquisa sejam analisados procurando inferir pelas sequências homólogas as possíveis funções da sequência original (query). Este processo implica analisar a lista de sequências homólogas e identificar padrões consistentes ao nível da função desempenhada por estas. Estes processos deverão ser, sempre que possível, automatizados, mas não se dispensará em muitos casos a análise manual dos resultados. O processo anterior poderá, e deverá, ser complementado pela análise de literatura que auxiliará o processo de curação manual. Note- se que, dado que se pretende identificar a função de genes individuais, as pesquisas bibliográficas
2 terão que ser em muitos casos específicas, usando- se nas queries nomes de genes/proteínas, processos/funções biológicas, vias metabólicas, etc. Dada a natureza do trabalho, um dos resultados esperados será uma tabela (em língua inglesa) onde se resumam as anotações dos genes/ proteínas atribuídos a cada grupo. Esta tabela (poderá ter a forma de uma folha de cálculo) deverá conter como informação mínima as seguintes colunas: Identificação do gene (GeneID NCBI, Accession number NCBI, locus tag, nome do gene, strand) Identificação da proteína: Uniprot ID (se disponível) e grau de revisão, Accession number NCBI da proteína, nome da proteína Propriedades da proteína: nº de aminoácidos, localização celular Lista de termos do GeneOntology (GO) associados ao gene/ proteína EC number(s) ou TC number(s) associado(s) (se existirem) Descrição: campo de texto livre para a função da proteína Comentários (livre, pode ser usado para algum comentário relevante sobre gene ou processo de inferência da função) Esta tabela poderá ter outros campos que se julguem relevantes e deverá ser complementada por um ficheiro com um relatório mais documentado sobre cada gene/ proteína, que inclua a lista de resultados desse gene e a forma como foi inferida a sua função. Poderá ainda incluir- se uma classificação da função das proteína que possa facilmente ser usada para listar proteínas com determinado tipo de função. Como exemplo, são dadas as seguintes classes (não necessariamente exclusivas): Metabolismo (enzimas com função metabólica) Transportadores (entre compartimentos e para o exterior/interior da célula) Regulação (fatores de transcrição e outras proteínas regulatórias) Sinalização (proteínas envolvidas nas vias de transdução de sinal) Movimento (Quimiotaxia, motilidade, fagocitose)
3 Processamento do DNA e RNA: reparação, replicação, transcrição, degradação, modificação Síntese e processamento de proteínas: tradução, degradação, assemblagem do ribossoma, modificações, encaminhamento Outras funções Função desconhecida Genes codificando RNA (trna, rrna) Adicionalmente, pretende- se que cada grupo possa identificar autonomamente o conjunto de genes envolvido em processos de patogenicidade e de resistência a antibióticos com a respetiva indicação das funções biológicas e processos nos quais está envolvido. Como nota final complementar ao 1º enunciado note- se que o objetivo de colaboração entre os grupos exige um conjunto de práticas de ética que permitam a correta avaliação dos trabalhos. Assim, reforça- se a ideia de que todas as scripts de código e outra documentação deverão conter claramente a autoria da mesma e referir possíveis contribuições de outros grupos. No caso do código python, tal deverá ser realizado no cabeçalho dos ficheiros de código fonte. Sugestões de tarefas complementares Bases de dados de domínios de proteínas Nas aulas da unidade curricular foram abordadas bases de dados de domínios de proteínas, das quais se destaca a NCBI CDD (conserved domain database) do NCBI. Esta base de dados, ou outras similares, pode ser usada para confirmar a anotação de proteínas de interesse, sendo de particular utilidade quando subsistem dúvidas sobre a anotação, quer esta provenha da anotação original, quer provenha de resultados de homologia (e.g. Blast). A CDD permite a pesquisa de proteínas individuais ou pesquisa em batch que podem ser úteis para
4 automatizar processos de procura de conjuntos de proteínas de interesse em simultâneo de forma automática. Alinhamento múltiplo e filogenia As ferramentas estudadas na aula que permitem o alinhamento múltiplo de sequências podem ser úteis no estudo mais aprofundado de alguns dos genes/ proteínas de interesse. Neste caso, pode por exemplo selecionar- se a sequência de interesse do organismo e um conjunto de sequências homólogas (e.g. provenientes de um processo de Blast) de organismos/ estirpes selecionadas, realizar o seu alinhamento múltiplo e complementarmente determinar a árvore filogenética correspondente. O resultado do alinhamento múltiplo poderá permitir analisar zonas de maior/ menor conservação e conduzir à identificação de domínios conservados de proteínas e permitir dar mais confiança a anotações ou mesmo conduzir a hipóteses ainda não determinadas por outros métodos. Por seu lado, a análise da árvore filogenética poderá levar à identificação de situações de evolução distintas entre genes distintos (e.g. transferência horizontal de genes). Redes metabólica e regulatória Um desafio complementar à anotação do genoma será a construção de um modelo/ rede metabólica, complementada com interações regulatórias conhecidas. Nesse sentido, o primeiro passo será a compilação das funções metabólicas do organismo e esta tarefa será facilitada pela coleção dos genes anotados com este tipo de função (e seus EC numbers) e sua interligação com a bases de dados KEGG, nomeadamente as reações químicas e vias metabólicas aí definidas. Esta informação poderá ser recolhida numa tabela com colunas: identificadores dos genes (NCBI, KEGG), lista de EC number(s), KEGG ortholog, Kegg reactions IDs e KEGG pathways (KEGG). Complementarmente, as proteínas transportadoras podem ser identificadas numa tabela similar com TC numbers no lugar de EC numbers, sendo identificados os compostos (famílias de compostos) transportados.
5 Finalmente, pode ser compilada uma lista de fatores de transcrição anotados e os genes que são regulados por estas proteínas e sinal da respetiva regulação (ativação ou inibição). Links para sítios com informação / ferramentas de interesse: Base de dados PATRIC - recursos para organismos patogénicos: KEGG: (código do organismo: lpn) coleção alargada de recursos, com destaque para voltados para vias metabólicas BioCyc e MetaCyc: summary?object=lpne Ferramenta e base de dados PSORT para previsão sub- celular: Base de dados de transportadores: Base de dados de fatores de transcrição previstos: Base de dados/ previsão de genes com funções de sinalização (two- component systems) -