Genómica, ancientDNA e Evolução Humana

Question 1

Como se estuda a evolução humana?

Answer 1

• Registo fóssil
• Registo arqueológico
• Primatologia
• Psicologia evolutiva
• Paleoclimatologia
• Sequenciação de genomas de primatas
• Sequenciação de genomas de humanos modernos
• Sequenciação de genomas arqueológicos (ancientDNA)

Question 2

Registo fóssil

Answer 2

O registo fóssil de hominídeos informa-nos sobre mudanças no tamanho do cérebro, corpo, locomoção e dieta

Question 3

Registo arqueológico

Answer 3

Utensílios líticos, pegadas, figurinos, arte rupestre, deposição de corpos em sepulturas dizem-nos como evoluíram as capacidades cognitivas, o comportamento humano e as sociedades

Question 4

Primartologia

Answer 4

Olhando para o comportamento e anatomia de primatas, permite investigar que características são exclusivas da nossa espécie

Question 5

Psicologia evolutiva

Answer 5

Procura explicar o aparecimento das capacidades cognitivas, sociais, linguísticas e comportamentais humanas à luz da teoria evolutiva

Question 6

Paleoclimatologia

Answer 6

Esclarece os ecossistemas do passado, em que os nossos antepassados evoluíram, e como estes influenciaram o nosso trajeto

Question 7

Sequenciação de genomas de primatas

Answer 7

Permite-nos investigar o que nos diferencia dos parentes evolutivos mais próximos como gorilas, chimpanzés ou gibões

Question 8

Sequenciação de genomas de humanos modernos

Answer 8

Revela muito sobre migrações e adaptações humanas, assim como doenças

Question 9

Sequenciação de genomas arqueológicos (ancientDNA)

Answer 9

Deteta alterações genómicas ao longo do tempo e as suas consequências

Question 10

Genomas de primatas e evolução humana

Answer 10

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

Question 11

Relógio molecular

Answer 11

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.

Question 12

Taxa de mutação

Answer 12

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

Question 13

SNPs localizados nos cromossomas autossómicos

Answer 13

• 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

Question 14

Clustering

Answer 14

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.

Question 15

SNPs localizados no genoma mitocondrial

Answer 15

• Herdados sempre de mãe para filha ou filho
• Permite traçar migrações de mulheres
• Haplogrupos bem definidos

Question 16

Haplótipo

Answer 16

É um grupo de alelos que são herdados juntos, geralmente porque os genes estão próximos no mesmo cromossoma

Question 17

Haplogrupo

Answer 17

É um grupo de haplótipos semelhantes que compartilham um ancestral comum.

Question 18

SNPs localizados no cromossoma Y

Answer 18

• Herdado de pai para filho
• Permite traçar migrações de homens
• Haplogupos bem definidos

Question 19

Next-Generation DNA Sequencing (NGS)

Answer 19

• 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

Question 20

Arqueogenética

Answer 20

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

Question 21

Paleogenómica

Answer 21

É a recuperação e análise de material genético de restos biológicos passados. O estudo de genomas antigos.

Question 22

Critérios para garantir a autenticidade do aDNA

Answer 22

• 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

Question 23

Fragmentos de DNA numa extração de ancientDNA

Answer 23

Têm de ser pequenos (entre 25-200 pb) devido à degradação temporal. Fragmentos de maiores dimensões pode ser descartados como contaminações modernas

Question 24

reads resultantes da sequenciação de aDNA

Answer 24

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.

Question 25

Métodos usados para descartar a contaminação com DNA humano moderno

Answer 25

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

Question 26

Targeted-capture (ou Hybridisation assays, ou Target-enrichment)

Answer 26

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.

Question 27

Como recuperar aDNA

Answer 27

1) Recolha de amostras no campo
2) Extração de DNA
3) PCR ou Preparação de libraries
4) Sequenciação
5) Análise de dados

Question 28

Amostras de aDNA

Answer 28

• 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

Question 29

Examinação de aDNA

Answer 29

• 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)

Question 30

aDNA de patogénicos antigos

Answer 30

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.