Como interpretar seu próprio genoma com Python
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Marcel Caraciolo, CTO
Como interpretar seu próprio Genoma usando Python e outras tecnologias!
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Quem somos ?Um dos laboratórios mais avançados em clínica genética do Brasil e o primeiro localizado na região Norte e Nordeste. !!!!
Portfólio de testes genéticos para diagnóstico e tratamento personalizado de doenças hereditárias, raras, tumores e bem-estar e saúde.
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Tecnologia e especialistasFusão de especialistas em biologia
molecular e tecnologia de informação
João Bosco Oliveira, CEO e Co-‐Fundador M.D, PhD e ex-‐chefe de pesquisa do serviço de imunologia e genética do Dpto. de Medicina Laboratorial, Centro Clínico, National Institutes of Health , USA.
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Genética ClínicaMercado mundial em crescimento e
recente no Brasil
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Usamos seu DNA!
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Aproximadamente 300 - 600 mutações por geração.
http://genetics.thetech.org/ask/ask435
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Com os dados de genoma humano…
Nós poderíamos correlacionar variantes entre genomas com doenças. !
Poderíamos identificar parentesco e herança genética !Identificar traços de ancestralidade !
Identificar “erros" ou problemas conhecidos
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Para quem não entendeu lembra do Angelina Joulie effect ?
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Para quem não entendeu lembra do Angelina Joulie effect ?
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NextGen Sequencing
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NextGen Sequencing
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Tamanho
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Tamanho
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Se quisessemos carregar o Genoma na memória ?
Como representaríamos em linguagem de programação ?
char [] humanDNA = char[ 3 200 000 000];
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Se quisessemos carregar o Genoma na memória ?
Como representaríamos em linguagem de programação ?
char [] humanDNA = char[ 3 200 000 000];
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Se quisessemos carregar o Genoma na memória ?
Como representaríamos em linguagem de programação ?
char [] humanDNA = char[ 3 200 000 000];
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Maquinário Humano
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Genoma em um arquivo
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NextGen Sequencing
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Tamanho
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Genoma em um arquivo
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Volume
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Volume
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Volume
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Significado
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Significado
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Meaning
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Meaning
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O que é bioinformática ?
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Significado
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Significado
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Significado
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Significado
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Significado
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Como estruturamos isto ?
Análise de Variantes
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Análise de Variantes
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Análise de Variantes
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E como funciona tudo isso na prática ?
Vamos montar nosso Mini-Pipeline simples educacional para entendermos como podemos
analisar algumas variantes SNVs em nosso genoma.
Sequence Map Call variants Interpret
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Nosso caso de estudo
Sequências de DNA de uma mulher brasileira, com idade de 30 anos com histórico familiar de câncer de mama.
!
Cerca de 10-15% dos cânceres de mama e ovário
são devidos a mutações genéticas hereditárias
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Sequenciamento do DNA
Sequence Map Call variants Interpret
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Sequenciamento do DNA
https://www.youtube.com/watch?v=womKfikWlxM
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NextGen Sequencing
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Como representamos as sequências?
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Sequências FASTA
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Múltiplas sequências, Multi-FASTA
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Formato FastQ
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Formato FastQ
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Analisando algumas sequências
Vamos analisar de 2 maneiras: !
Vocês: https://usegalaxy.org/ !
Eu: UseGalaxy + Terminal ! https://usegalaxy.org/u/genomika/h/pipeline-workshop
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Galaxy Platform
Open-source, escrito boa parte em Python
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Analisando sequências
fastqc, command line
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Mapeando as sequências no Genoma
Sequence Map Call variants Interpret
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Fase de Alinhamento
FASTQ =>
FASTQ => => BAM
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Alinhamentoss
FASTQ =>
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Formato SAM/BAM
FASTQ =>
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Formato SAM/BAM
FASTQ =>
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CIGAR String
FASTQ =>
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Alinhando na prática
bwa, samtools
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Visualizando os alinhamentos
http://www.broadinstitute.org/igv/
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Visualizando os alinhamentos
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Detectando as variantes !
Sequence Map Call variants Interpret
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Variant Calling
FASTQ => BAM => => VCF
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Chamando variantes
FASTQ =>
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Recapitulando, sempre bom!
FASTQ =>
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Formato VCF
FASTQ =>
![Page 69: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/69.jpg)
Formato VCF
FASTQ =>
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Formato VCF
FASTQ =>
![Page 71: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/71.jpg)
Formato VCF
FASTQ =>
![Page 72: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/72.jpg)
Chamando variantes na prática
freebayes
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Interpretando as variantes!
Sequence Map Call variants Interpret
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Chamando variantes na prática
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Anotação de Variantes
FASTQ =>
Variantes anotadas com VEP
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Anotando variantes
IGV, NCBI, Snpedia, vcflib, bcftools, SnpEff.
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chr17:41222948 (hg19)
Anotações
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Anotações
![Page 79: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/79.jpg)
chr17:41222948 (hg19) Anotações
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/variation/37616/#clinical-assertions
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Curiosidades
Como podemos associar variantes e doenças?
“Genome Wide Association Study (GWAS)”
Genome Wide Association Study (GWAS)
![Page 81: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/81.jpg)
Curiosidades
“Genome Wide Association Study (GWAS)”
Deve-se considerar o relacionamento entre a escolha das amostras !Grande quantidade de amostras é necessário !Bom domínio de estatística e lidar com o problema de “múltiplos testes de confiança”. !Bancos de dados variados e heterôgeneos. !Correlação não significa que é a causa! !Efeitos em grandes proporções são raras - geralmente são várias pequenas alterações combinadas.
![Page 82: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/82.jpg)
Lembra deste slide ?
![Page 83: Como interpretar seu próprio genoma com Python](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022052418/58cfd5ae1a28ab13238b4d89/html5/thumbnails/83.jpg)
E se eu quiser sequenciar meu próprio genoma ?
Se você não possuir uma requisição clínica, hoje no Brasil é complicado. !Há possibilidades de realizar o Genoma Completo , mas o valor ainda não acessível - =~ R$ 23k !Fora do Brasil, há empresas como o 23andMe, screen de vários SNP’s por $ 99
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Como armazenamos isto ?
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Ciclo de vida de um exame
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Como posso aprender mais?
Tales of Genome (Udacity)Curso On-line gratuito sobre Genética (bem completo!)
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RosalindDesafios de Python na área de bioinformática
rosalind.info/
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Broad workshopsVariant analysis; sequencing pipelines, etc.
https://www.broadinstitute.org/partnerships/education/broade/broad-workshops/
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CourseraSpecialization on Genomics Data Science
https://www.coursera.org/specialization/genomics/41
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II Curso de Análise de Dados de NGS
https://github.com/genomika/summercourse
Edições anuais em meados de dezembro e
janeiro!
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Trabalhe conosco!github.com/genomika/jobs
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Marcel Caraciolo, CTO
Como interpretar seu próprio Genoma usando Python e outras tecnologias!
“Biology easily has 500 years of exciting problems to work on.”
Donald Knuth, 1993