Abordagens teóricas e práticas de metagenômica para a descoberta de vírus
IBI 5071 - 2019
EMENTA
Janus - Sistema de Pós-Graduação

Instituto de Ciências Biomédicas
 
Programa de Pós-Graduação Interunidades em Bioinformática
 
Disciplina:

IBI5071-1 - Abordagens teóricas e práticas de metagenômica para a descoberta de vírus


Créditos Aula: 2
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 30 h
Área de Concentração: 95131
Ativação: 07/01/2016

Objetivos
  • Esta disciplina visa apresentar conceitos fundamentais de desenho experimental e análise de dados de metagenômica usando dados de sequenciamento de próxima geração. Os tópicos abordados incluem tecnologias de sequenciamento, base teórica dos aplicativos, bancos de dados públicos e exemlos no avanço da descoberta de novos vírus a partir de estudos de metagenômica, algumas abordagens tradicionais e sessões práticas usando programas como crAss e GenSeed-HMM.
 
Docente Responsável
2796430 - Arthur Gruber
Docente Colaborador
Prof. Dr. Bas E. Dutilh (Utrecht University, Holanda)
 
Justificativa

O advento de técnicas de sequenciamento de nova geração trouxe a possibilidade de se sequenciar não apenas um único genoma, mas os genomas de toda uma comunidade de microrganismos de um bioma. A metagenômica permite estimar a diversidade de biológica de uma amostra, o conjunto de enzimas e vias presentes, bem como detectar organismos ainda desconhecidos. Atualmente conhecemos somente uma pequena fração da imensa diversidade dos vírus. O uso de dados metagenômicos e a identificação de vírus emergentes representa um grande desafio em termos de bioinformática. Nessa disciplina pretendemos abordar alguns métodos e ferramentas para o processamento de dados metagenômicos e seu uso para a descoberta de novos vírus, cobrindo conceitos teóricos e sessões práticas.

 
Conteúdo
  1. Introdução à análise em bioinformática (questões biológicas vs. análise bioinformática, principais abordagens em bioinformática, alinhamento de pares de sequências, bancos de dados de sequencias, de vias metabólicas e de ortologia)
  2. Sequenciamento de DNA (sequenciamento Sanger e seqüenciamento de nova geração, vantagens de cada plataforma, formatos de dados, qualidade, trimming, montagem de fragmentos e suas medidas)
  3. O que é metagenômica?
  4. Tipos de análise de metagenômica: amplicon, shotgun, funcional
  5. Metagenômica de amplicons (história, marcadores filogenéticos, design experimental , análise de dados preliminares, OTU, designação taxonômica, análise estatística multivariada, o pacote QIIME)
  6. Metagenômica de shotgun (montagem , design experimental , análise absoluta vs análise relativa, anotação funcional e taxonômica)
  7. Métodos inovadores para metagenomica virail (VirSorter, métodos alternativos de reconstrução , bases de dados de sequências virais, de grupos ortólogos e de HMMs de perfil, vFam, POGs e seção viral do EGGNOG, reconstruindo genomas virais usando HMMs de perfil como sementes)


 
Forma de Avaliação
  • Exercícios práticos avaliados em aula, prova teórica.
Bibliografia
     
  • Bexfield, N., and Kellam, P. (2011). Metagenomics and the molecular identification of novel viruses. Vet J 190, 191-198.
    Bibby, K., and Peccia, J. (2013). Identification of viral pathogen diversity in sewage sludge by metagenome analysis. Environ Sci Technol 47, 1945-1951.
  • Caporaso, J.G., Kuczynski, J., Stombaugh, J., Bittinger, K., Bushman, F.D., Costello, E.K., Fierer, N., Pena, A.G., Goodrich, J.K., Gordon, J.I., Huttley, G.A., Kelley, S.T., Knights, D., Koenig, J.E., Ley, R.E., Lozupone, C.A., Mcdonald, D., Muegge, B.D., Pirrung, M., Reeder, J., Sevinsky, J.R., Turnbaugh, P.J., Walters, W.A., Widmann, J., Yatsunenko, T., Zaneveld, J., and Knight, R. (2010). QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat Methods 7, 335-336.
  • Fancello, L., Raoult, D., and Desnues, C. (2012). Computational tools for viral metagenomics and their application in clinical research. Virology 434, 162-174.
  • Huerta-Cepas, J., Szklarczyk, D., Forslund, K., Cook, H., Heller, D., Walter, M.C., Rattei, T., Mende, D.R., Sunagawa, S., Kuhn, M., Jensen, L.J., Von Mering, C., and Bork, P. (2015). eggNOG 4.5: a hierarchical orthology framework with improved functional annotations for eukaryotic, prokaryotic and viral sequences. Nucleic Acids Res. 44, D286-D293.
  • Kristensen, D.M., Waller, A.S., Yamada, T., Bork, P., Mushegian, A.R., and Koonin, E.V. (2013). Orthologous gene clusters and taxon signature genes for viruses of prokaryotes. J Bacteriol 195, 941-950.
    Mokili, J.L., Rohwer, F., and Dutilh, B.E. (2012). Metagenomics and future perspectives in virus discovery. Curr Opin Virol 2, 63-77.
  • Reyes, A., Haynes, M., Hanson, N., Angly, F.E., Heath, A.C., Rohwer, F., and Gordon, J.I. (2010). Viruses in the faecal microbiota of monozygotic twins and their mothers. Nature 466, 334-338.
  • Roux, S., Enault, F., Hurwitz, B.L., and Sullivan, M.B. (2015). VirSorter: mining viral signal from microbial genomic data. PeerJ 3, e985.
  • Sharma, D., Priyadarshini, P., and Vrati, S. (2015). Unraveling the web of viroinformatics: computational tools and databases in virus research. J Virol 89, 1489-1501.
  • Skewes-Cox, P., Sharpton, T.J., Pollard, K.S., and Derisi, J.L. (2014). Profile hidden Markov models for the detection of viruses within metagenomic sequence data. PLoS One 9, e105067.
  • Smits, S.L., Bodewes, R., Ruiz-Gonzalez, A., Baumgartner, W., Koopmans, M.P., Osterhaus, A.D., and Schurch, A.C. (2015). Recovering full-length viral genomes from metagenomes. Front Microbiol 6, 1069.
  • Tang, P., and Chiu, C. (2010). Metagenomics for the discovery of novel human viruses. Future Microbiol 5, 177-189.
    Yutin, N., Wolf, Y.I., Raoult, D., and Koonin, E.V. (2009). Eukaryotic large nucleo-cytoplasmic DNA viruses: clusters of orthologous genes and reconstruction of viral genome evolution. Virol J 6, 223.

© 2019 Arthur Gruber

Instituto de Ciências Biomédicas - Av. Prof. Lineu Prestes, 1374 - Cidade Universitária - SP

Última atualização: 12 de agosto de 2019