Genómica, ancientDNA e Evolução Humana Flashcards
Como se estuda a evolução humana?
- Registo fóssil
- Registo arqueológico
- Primatologia
- Psicologia evolutiva
- Paleoclimatologia
- Sequenciação de genomas de primatas
- Sequenciação de genomas de humanos modernos
- Sequenciação de genomas arqueológicos (ancientDNA)
Registo fóssil
O registo fóssil de hominídeos informa-nos sobre mudanças no tamanho do cérebro, corpo, locomoção e dieta
Registo arqueológico
Utensílios líticos, pegadas, figurinos, arte rupestre, deposição de corpos em sepulturas dizem-nos como evoluíram as capacidades cognitivas, o comportamento humano e as sociedades
Primartologia
Olhando para o comportamento e anatomia de primatas, permite investigar que características são exclusivas da nossa espécie
Psicologia evolutiva
Procura explicar o aparecimento das capacidades cognitivas, sociais, linguísticas e comportamentais humanas à luz da teoria evolutiva
Paleoclimatologia
Esclarece os ecossistemas do passado, em que os nossos antepassados evoluíram, e como estes influenciaram o nosso trajeto
Sequenciação de genomas de primatas
Permite-nos investigar o que nos diferencia dos parentes evolutivos mais próximos como gorilas, chimpanzés ou gibões
Sequenciação de genomas de humanos modernos
Revela muito sobre migrações e adaptações humanas, assim como doenças
Sequenciação de genomas arqueológicos (ancientDNA)
Deteta alterações genómicas ao longo do tempo e as suas consequências
Genomas de primatas e evolução humana
A sequenciação de dos genomas completos de primatas permite-nos inferir a sequência evolutiva da Ordem da qual fazemos parte e calcular com rigor quando divergiram as espécies
Relógio molecular
Técnica que utiliza a taxa de mutação de um gene para calcular quando duas ou mais espécies divergiram. Requer a comparação duma sequência de DNA em duas espécies semelhantes para as quais é conhecido o tempo de divergência.
Além disso, pressupõe que as mutações se acumulam a uma taxa constante ao longo do tempo, que são neutras e iguais em todo o genoma.
Taxa de mutação
Sabendo o número de SNPs em comum entre as espécies e a altura em que o último ancestral comum viveu, podemos calcular o número de mutações por ano:
μ = nº SNPs / altura em que o ancestral comum viveu
A taxa de mutação por par de bases:
taxa de mutação = μ / nº de para de bases
SNPs localizados nos cromossomas autossómicos
- Frequentes (1 em cada 1000 nucleótidos em média)
- Herdado de ambos os pais
- Ideal para deteção de mistura genética
- Podem estar associados a fenótipos mas a maioria são evolutivamente neutros
Clustering
Partição da variação genética num pequeno número de grupos ou clusters com base nas semelhanças genéticas entre indivíduos. Assume-se que indivíduos pertencentes ao mesmo grupo descendem de grupos ancestrais hipotéticos.
Usam-se métodos matemáticos de clustering para agrupar indivíduos com base em diferenças ou semelhanças genéticas (estrutura populacional). Depois vemos se há alguma categoria que possa explicar o padrão observado.
SNPs localizados no genoma mitocondrial
- Herdados sempre de mãe para filha ou filho
- Permite traçar migrações de mulheres
- Haplogrupos bem definidos
Haplótipo
É um grupo de alelos que são herdados juntos, geralmente porque os genes estão próximos no mesmo cromossoma
Haplogrupo
É um grupo de haplótipos semelhantes que compartilham um ancestral comum.
SNPs localizados no cromossoma Y
- Herdado de pai para filho
- Permite traçar migrações de homens
- Haplogupos bem definidos
Next-Generation DNA Sequencing (NGS)
- Sequência todos os fragmentos de DNA (50-150 nucleotides) numa amostra
- Produz vários de dados (1 TB ou mais por corrida de sequenciação, 400 milhões de FASTQ files (reads): ficheiros com as sequências de DNA dos pequenos fragmentos)
- Ferramentas bioinformáticas (normalmente em ambiente LINUX) são necessárias para lidar com estes dados
Arqueogenética
É o estudo do passado humano por sequenciação e análise de DNA extraído de materiais arqueológicos (DNA antigo) ou de organismos vivos. Os dados genéticos são interpretados no contexto da informação arqueológica/histórica
Paleogenómica
É a recuperação e análise de material genético de restos biológicos passados. O estudo de genomas antigos.
Critérios para garantir a autenticidade do aDNA
- Os fragmentos têm de ser pequenos (<200 bp) — degradação post-mortem do DNA
- A quantidade de DNA têm de ser muito reduzida
- Os fragmentos têm de ter modificações químicas típicas (ex.: deaminação de citosina, excesso de As em posições que deviam ser Gs)
- DNA de outras fontes (bactérias, fungos, vírus) tem de ser superior à endógena)
- Barcodes são adicionados ao DNA extraído para distinguir de contaminações ambientais
- Em amostras do sexo feminino a deteção de sequências do cromossoma Y indica contaminação
- Presença de mais que um haplótipo mitocondrial sugere contaminações
- O estudo deve ser replicado em laboratórios independentes
- O trabalho de aDNA deve obedecer a regras laboratoriais rigorosas
Fragmentos de DNA numa extração de ancientDNA
Têm de ser pequenos (entre 25-200 pb) devido à degradação temporal. Fragmentos de maiores dimensões pode ser descartados como contaminações modernas
reads resultantes da sequenciação de aDNA
As reads resultantes de sequenciação de aDNA têm padrões típicos de erros nas extremidades 5’ e 3’ que resultam da degradação química (deaminação e hidrólise) ao longo do tempo. A DNA polimerase incorpora um A em frente ao U e, por sua vez, um T em frente a A, provocando substituições aparentes de G por A e de C por T.
Estes padrões permitem distinguir o DNA antigo de contaminações modernas.
Métodos usados para descartar a contaminação com DNA humano moderno
1) Inserção de marcadores moleculares (barcodes) assim que o DNA é extraído
2) Tamanho dos fragmentos (espera-se que o aDNA seja fragmentado)
3) Presença de sequências do cromossoma Y em fêmeas
Targeted-capture (ou Hybridisation assays, ou Target-enrichment)
Recentemente, o uso de targeted-capture permitiu recuperar duma extração de aDNA apenas as partes do genoma de interesse, eliminando o desperdício de sequenciação de DNA contaminante, de bactérias.
Como recuperar aDNA
1) Recolha de amostras no campo
2) Extração de DNA
3) PCR ou Preparação de libraries
4) Sequenciação
5) Análise de dados
Amostras de aDNA
- Tipos de amostras de onde se pode extrair DNA: ossos, sedimentos, cerâmicas com resíduos, sementes, madeiras
- Dois objetivos no manuseamento das amostras: proteger a amostra da contaminação com DNA moderno e proteger da degradação de DNA endógeno
- Usar luvas de látex descartáveis e máscaras respiratórias o tempo todo
Examinação de aDNA
- Requer laboratórios específicos (som sistemas de pressão positiva de ar com filtro HEPA, sala de descontaminação, salas específicas para cada etapa, lâmpadas UV, antecâmaras de vestuário)
- O pessoal não deve ir a outros laboratórios no mesmo ia em que usa laboratórios de DNA antigo
- Equipamento de proteção completo (descartável) deve ser usado o tempo todo
- Consumíveis e equipamentos dedicados
- Idealmente, deve haver replicação independente dos resultados, enviando amostras para um laboratório diferente
- Fazer vários controlos negativos de extração (blanks)
aDNA de patogénicos antigos
aDNA de patogénicos antigos pode sobreviver no material esqueléticos, especialmente na polpa dentária, uma cavidade fechada, bem protegida externamente por esmalte e dentina. Serve como “último refúgio” para bactérias e o DNA fica bem preservado. Os agentes de pandemias e doenças passadas podem ser identificados através do DNA.
