Bioinformática no I Curso de Verão em Bioquímica e Fisiologia da UNICAMP

O I Curso de Verão em Bioquímica e Fisiologia da UNICAMP

Entre os dias 20 de Janeiro e o dia 3 de Fevereiro desse ano, aconteceu a primeira edição do Curso de Verão em Bioquímica e Fisiologia da Unicamp, organizado pelos professores Dr. André Damásio e Dr. Leonardo Silveira do Programa de Pós graduação em Biologia Funcional e Molecular (PgBFM) e alunos de mestrado e doutorado vinculados ao programa. O Curso contou com a presença de alunos  de graduação de diferentes regiões do país que buscavam fazer algum tipo de estágio ou colaboração e também conhecer mais sobre as pesquisas desenvolvidas na universidade visando facilitar seu ingresso na pós graduação e também promover a interação e o contato entre alunos de todo o país, que compartilham dessas mesmas áreas de interesse.

O curso aconteceu em período integral durante as duas semanas e foi dividido em duas partes:

  • Teoria: onde foram ministradas palestras sobre temas atuais em Bioquímica e Fisiologia;
  • Prática: onde os alunos eram distribuídos por entre os laboratório do Instituto de Biologia, para que pudessem conhecer um pouco mais da rotina, das linhas de pesquisas e das técnicas feitas pelos alunos e professores do laboratório. A escolha do Laboratório ficava a critério de cada aluno no momento da inscrição mediante a disponibilidade de vagas por laboratório.

No último dia da primeira semana, os alunos selecionados tiveram 5 minutos cada para uma apresentação oral do trabalho que desenvolvem em suas universidades de origem, cuja apresentação melhor votada pelos organizadores foi premiada com a última edição do livro “Princípios de Bioquímica de Lehninger – 6ª Ed”, considerado uma das bibliografias mais importantes para quem tem interesse nessa área.

As alunas Patrícia Wachilewski, aluna do curso de Ciências Biológicas na Universidade Estadual do Paraná (UNESPAR); Jessica Matyelka, aluna do curso de Nutrição na Universidade Federal de Viçosa (UFV) e Bianca Oliva, aluna de Engenharia Bioquímica da Universidade de São Paulo (USP), escolheram o Laboratório de Genômica e Expressão (LGE) para realizar seu estágio durante a segunda semana do evento. ­­

O LGE, coordenado pelo Prof. Dr. Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, está ligado ao Departamento de Genética, Evolução e Bioagentes do Instituto de Biologia/UNICAMP e conta atualmente com uma equipe de 40 pessoas, entre alunos de iniciação científica, mestrado, doutorado e pós-doutorado, e funcionários para suporte técnico e administrativo, os quais estão envolvidos em atividades tanto experimentais, desenvolvendo trabalho em bancada, quanto computacionais, onde o foco de pesquisa é em Bioinformática. Foi pensando em integrar essas duas diferentes frentes de pesquisa do laboratório e permitir uma maior compreensão de tudo oque é feito dentro e fora do laboratório, que os alunos do LGE organizaram um minicurso intitulado: “Prospecção e caracterização funcional e estrutural de enzimas de interesse biotecnológico”. O minicurso teve duração de quatro dias e também contou com a presença da aluna Beatriz Souza, do segundo ano do curso de Ciências Biológicas da Unicamp, que acaba de iniciar sua Iniciação científica no laboratório.

O minicurso de “Prospecção e caracterização funcional e estrutural de Enzimas de interesse biotecnológico”

1º dia de minicurso- Coleta, extração e amplificação do DNA de Sorghum bicolor

Foi escolhida a enzima Xilose Isomerase como modelo de estudo para a realização do minicurso, por ser já bastante estudada no laboratório, sendo de grande importância para a produção de etanol de segunda geração, uma das grandes frentes de interesses do laboratório. O minicurso começou com o aluno de doutorado Nicholas acompanhando as alunas à casa de vegetação na parte externa do laboratório para a coleta do material para a extração de DNA do Sorgo (Sorghum bicolor), uma espécie vegetal bastante semelhante ao milho e amplamente utilizada como modelo de estudo por ser de fácil cultivo. As alunas foram orientadas a coletar as folhas do Sorgo com o auxílio de uma tesoura devidamente esterilizada e em seguida no laboratório fizeram o processo de maceração das folhas utilizando Nitrogênio líquido e seguiram as demais etapas de acordo com o protocolo estabelecido para extração de DNA. Na última etapa, após alguns ciclos de centrifugação, foi possível ver o DNA concentrado no fundo de um tubo de 1,5 ml e também determinar a quantidade extraída.

A aluna de doutorado Beatriz Temer deu continuidade ao minicurso ensinando uma técnica muito utilizada nos laboratórios de Biologia Molecular chamada Reação em cadeia da polimerase (em inglês Polymerase in Chain Reaction – PCR), que se trata de um método de amplificação (de criação de múltiplas cópias) de DNA. O método PCR é usado habitualmente nos laboratórios de investigação médica e biológica para uma variedade de tarefas, como a detecção de doenças hereditárias, que é a identificação de “impressões digitais” genéticas, a construção de árvores filogenéticas (árvores de relação entre espécies), clonagem gênica, testes de paternidade, exames para detecção de agentes patogênicos e muitos outros. Por se tratar de um método muito sensível de análise, Beatriz esteve de perto o tempo todo auxiliando as alunas em cada etapa do processo. Foi utilizado o DNA extraído na etapa anterior para o experimeto e Beatriz  orientou as alunas a formar duplas em que cada uma iria montar sua própria reação de amplificação do DNA. A um tubo de eppendorf foi adicionada uma mistura que contém dNTPs (desoxirribonucleotídeos trifosfatados), os primers (também chamados de oligonucleotídeos ou iniciadores) e a enzima Taq-polimerase (enzima que polimeriza os oligonucleotídeos formando a nova fita de DNA) em uma solução tampão (solução que impede a variação de PH da amostra). Toda esta mistura é colocada no termociclador, o qual faz ciclos de temperatura pré-estabelecidos com tempos exatos específicos para cada reação. O resultado foi analisado através de uma eletroforese em gel de agarose, cujo protocolo de preparo foi apresentado pela Beatriz e utilizado como modelo para o preparo pelas próprias alunas.

2º dia- Sequenciamento de DNA e visita ao Laboratório Central de Tecnologias de Alto Desempenho em Ciências da Vida (LaCTAD).

No segundo dia, as alunas foram recebidas pelo aluno Guilherme Borelli, que realizou sua Iniciação científica e mestrado no LGE e está iniciando seu doutorado agora no laboratório. Guilherme começou a aula com um apanhado histórico e uma breve introdução teórica sobre sequenciamento de DNA e logo em seguida auxiliou as alunas Jéssika, Bianca, Patrícia e Beatriz a prepararem a própria reação de sequenciamento utilizando o material amplificado no dia anterior. Em seguida acompanhou as alunas até a sala onde ficam os equipamentos de sequenciamento de DNA do LGE e explicou a elas como eles são utilizados.

No período da tarde foi realizado com as alunas uma visitação ao Laboratório Central de Tecnologias de Alto Desempenho em Ciências da Vida (LaCTAD), no próprio campus da Universidade. O LaCTAD é uma iniciativa da UNICAMP que visa desenvolver estudos avançados utilizando técnicas e equipamentos de última geração para uso de toda comunidade científica. A visita foi importante até mesmo para os alunos do próprio LGE que ainda não tinham tido a oportunidade de conhecer o lugar. A visita foi intermediada pelo pesquisador Osvaldo Reis Júnior, que desenvolve pesquisas em parceria com o LGE.

3º dia- Bioinformática estrutural, Interactômica, Metagenômica e Blast 

No terceiro dia deu início a parte computacional do minicurso com o aluno de doutorado Cidnei Marschalk apresentando a linha de pesquisa em Bioinformática Estrutural desenvolvida no laboratório. Foram introduzidas noções básicas sobre proteínas, sua estrutura, função e técnicas de modelagem por homologia estrutural de proteínas utilizando a Xilose Isomerase também como modelo. Em seguida foi discutido sobre a importância dessas técnicas para o proteoma e também para a descoberta e o desenvolvimento de drogas. Foram feitas atividades em que os alunos tiveram a oportunidade de buscar em bancos de dados, sequências que codificam para proteínas de sua escolha, para em seguida poder visualizar sua conformação tridimensional, utilizando softwares de livre acesso acadêmico que permitem com que isso seja feito. Na sequência o aluno de doutorado Lucas Miguel iniciou sua aula sobre Interactômica, uma área nova que surge da intersecção da bioinformática e da biologia e que lida com o estudo, tanto das interações entre as proteínas e as conseqüências dessas interações, como também de outras moléculas dentro da célula. Durante a aula, Lucas introduziu aos alunos conceitos básicos sobre redes biológicas usando como ferramenta uma plataforma integrativa para anotação, análise e visualização de interações desenvolvida por ele mesmo, em seu trabalho de mestrado: O IIS (sigla do ingês: Integrated Interactome System). Os alunos foram orientados a construir a própria rede de interação biológica baseado na enzima Xilose Isomerase.

No período da tarde o aluno Lucas deu continuidade ao minicurso introduzindo noções de metagenômica, uma área que usa o sequenciamento de regiões gênicas conservadas (muitas vezes o gene que codifica pra o RNA ribossômico 16S) para possibilitar a identificação dos gêneros em uma amostra natural. Sendo assim foi possível que as alunas pudessem identificar pelas técnicas apresentadas pelo Lucas quais espécies estavam presentes na folha do Sorgo, coletadas no primeiro dia do minicurso. E finalmente na sequência, a aluna de doutorado Sheila Nagamatsu conversou com os alunos sobre uma ferramenta muito utilizada em Bioinformática chamada Blast (sigla em inglês que significa: Basic Local Alignment Search Tool), que se tratade uma ferramenta de busca que utiliza de um algoritmo para comparar informações de sequências biológicas primárias, tais como sequências de aminoácidos de diferentes proteínas ou nucleotídeos de sequencias de DNA. Sob orientação da Sheila as alunas conseguiram buscar as sequências da Xilose Isomerase de diferentes organismos que saíram da análise de metagenômica apresentado pelo Lucas na etapa anterior.

4º dia- Filogenia Molecular

No último dia do curso, as alunas tiveram uma aula de Filogenia Molecular com a Dra. Juliana José, que realiza seu pós doutorado no LGE. Juliana utilizou as sequências que codificam para a Xilose Isomerase obtidas nas análises anteriores para construir uma história evolutiva entre as espécies presentes na folha do Sorgo e logo em seguida ensinou a montar e a interpretar uma árvore filogenética utilizando as mesmas sequências. As análises foram importantes para tentar prever quais das Xilose Isomerases identificadas podem vir a ser funcionais ou não baseado no parentesco evolutivo entre elas. Por fim, o aluno Guilherme Borelli se reuniu com as alunas para falar um pouco sobre transformação de leveduras visando o teste das enzimas Xilose Isomerase para a utilização na indústria, principalmente no âmbito da produção do etanol de segunda geração, concluindo o curso com uma retomada do panorama geral.

O feedback do minicurso foi muito positivo, e o Curso de Verão de modo geral teve uma grande aprovação por parte dos alunos envolvidos.

As alunas Jéssika e Patrícia postaram nas redes sociais uma nota em agradecimento ao Laboratório e ao Curso de Verão:

“Que orgulho ter ficado nesse lab!! No começo do dia a ansiedade de como seria “invadir” um lab totalmente diferente do meu, mas após algumas horas já fizeram nos sentir em casa, as dúvidas eram esclarecidas como em uma conversa de bar, a dedicação de nos apresentar e ensinar as pesquisas deles, foi demais!! A disponibilidade para tudo que precisávamos, o esforço para nos deixar o mais à vontade possível, nada disso tem preço!! Que nosso próximo encontro não demore!”.

disse Jéssica em um post em seu facebook.

“Duas semanas intensas de bombardeamento do conhecimento cientifico dos quais muitos inimaginaveis. Semanas que passaram correndo mas que ficarão dentro da memória e do coração pra sempre. Obrigada meninas por tudo  E principalmente ao LGE, já, já estamos de volta”.

disse Patrícia também em seu facebook.

A aluna Beatriz Souza, que realizou o minicurso junto com as alunas Jéssika, Bianca e Patrícia, também demonstrou ter ficado muito satisfeita com as atividades desenvolvidas durante a semana e disse:

 “Foi tudo realmente muito maravilhoso”.

Toda a equipe do laboratório envolvida no preparo do minicurso também ficou muito feliz com o resultado e principalmente com a satisfação das alunas. No último dia do minicurso todos assistiram aos seminários semanais do laboratório e aproveitaram tirar uma foto com o professor Gonçalo que ficou muito feliz em ver o interesse das alunas em fazer pós graduação conosco.

Professor Dr. Gonçalo Pereira ao centro com os alunos após a presentação do seminário. Da direita para a esquerda os alunos Lucas Miguel (doutorado), Luciana Mofatto (pós doutorado), Nicholas Vinícius (doutorado), Beatriz Souza (graduação), Bianca Oliva (mestrado), Sheila nagamatsu (doutorado), Juliana José (pós doutorado), Patrícia Wachilewski (graduação), Jéssika Matyelka (graduação), Guilherme Borelli (doutorado), Betriz Temer (doutorado) e Cidnei Marschalk (doutorado).

Eventos como esse contribuem para que a Ciência deixe de ser algo tão restrito aos pesquisadores da Universidade e contribui para que alunas como Jéssika, Bianca e Patrícia e beatriz se aproximem cada vez mais de uma carreira acadêmica de sucesso.

 

 

 

 

 

 

 

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Sobre cidmarschalk

Biólogo, doutorando em Biologia Funcional e Molecular pela UNICAMP

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