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Genómica y Bioinformática de Ambientes Extremos
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Pontificia Universidad JaverianaUniversidad Nacional Bogot
Universidad de CaldasUniversidad del CaucaUniversidad del Valle
ParqueSoftCorpogen
Genmica y Bioinformtica de
Ambientes Extremos
Mara Mercedes Zambrano
- Competitividad de sectores como la salud, la agricultura, el medio ambiente y la industria nacional
Area estratgica: Metagenmica- Estudio de los genomas de comunidades microbianas- Amplia aplicacin- Base de nuevas iniciativas de investigacin - conocer y
aprovechar aspectos de la diversidad microbiana y funcional que posee el pas, dadas las ventajascomparativas representadas en su megadiversidad
Construir capacidades en genmica y bioinformtica
U NacionalLegislacin/propiedadGenmicaBiologa MolecularBiologa de suelosAmbientes extremos
U JaverianaBioinformicaGenmicaBiologa MolecularDiversidad MicrobianaBioqumica
U ValleBioinformticaGenmica
U CaucaBioinformticaBiologa Molecular
CorpogenMicrobiologaDiversidad MicrobianaBiologa Molecular
ParqueSoftBioinformicaDesarrollo
U CaldasBiodiversidadQumica
Grupos participantes
AsesoresDr. Jon Clardy - Harvard U.Dr. Roberto Kolter - Harvard U.
Ana Lorena Guevera- INBio, CR
Dr. Alexander Garca -Natl. B. Network - S. AfricaDr.Martin Senger, IRRI -Philippines
Dr. Felipe Rodriges Da Silva -Embrapa
Dr. Eduardo Fernandes Formighieri -U Estadual de Campinas
Dr. Gonalo A. Guimares Pereira -U Estadual de Campinas
Drs. Silvia Restrepo & Adriana Bernal - U Andes
Dr. Vctor de Lorenzo- CSIC, Madrid
ColombiaVentajas comparativas
Diversidad microbiana
Diversos ecosistemas Hotspots de diversidad
(Andes Tropicales) Gran diversidad - pas
megadiverso(plantas/animales)
Diversidad microbiana
Carl Woese (70s):filogenia universal (SSU)
Nuevas divisiones de vida
Gran diversidad microbiana
El mundo microbiano
Inmensa diversidadMayora no cultivableConocemos muy poco (cultivables)
Microorganismos son mayorafundamentales para la vida: ciclaje de nutrientes,
biogeoqumicosInmensa capacidad metablica
Cuanta diversidad hay?Dnde estn y que funciones cumplen?
Nuevos retos:
Microorganismos
Biodiversidad
Diversidad microbiana:
Colombia
Poco exploradaGran reservorio metablicoBioprospeccin incipienteEcosistemas nicos/estratgicosAmbientes extremos
Ambientes extremos
Naturales Ecosistemas volcnicos y
geotermales (T > 100C) Solfataras hot springs Ecosistemas marinos Fosas hidrotermales Ecosistemas hipersalinos
(Lagos, salt springs, etc) Zonas polares
Artificiales Plantas generadores
de E geotrmica Pilas de compostaje Reactores anaerobios
para tto de desechos Pilas de desechos de
carbn caliente (minas)
Organismos extremfilos
Condiciones adversas para > organismos mesfilos
Microorganismos extremfilosMecanismos bioqumicos, procesos metablicos
Usos biotecnolgicos de enzimas y biomolculas
Hbitats semejantes al de la tierra en sus inicios
Conocimiento de nuevas funciones
TT: : termtermfilosfilos y y psicrpsicrfilosfilos
pHpH: : acidacidfilosfilos y y alcalalcalfilosfilosSalinidad: halSalinidad: halfilosfilos
PresiPresin: n: BarBarfilosfilosRadiaciRadiacinn, sequedad, sequedad
ExtremozimasEnzimas de microorganismos extremfilos
Enzimas adaptadas a especificidades industriales (condiciones extremas)
Ind. AgroalimentariaCarotenosHalfilos 3 20% sal
Desulfuracin de carbn y de minerales
Oxidacin de sulfurosAcidfilos pH9
Ind. farmacuticaAntibiticos
BiocaptoresDeshidrogenasasAditivos para detergentesProteasas, lipasasPsicrfilos
( 0 20C )
Ing. GenticaADN polimerasasblanqueo de papelXilanasasedulcorantesAmilasasTermfilos
(50-110C)
Aplicaciones y productosEnzimas y metabolitosOrganismo
Ecosistemas estratgicos
Amazona
Areas desrticas -Guajira
Manglares
Pramos
Bosques alto andinos
Choc biogeogrfico
NevadosTermales
Parque Nacional Natural Los Nevados
Porqu este sitio?
Exploracin cientfica: Conocimiento y dinmicade ecosistemas diversos y en peligro- pocos estudios en microbiolga
Bioprospeccin: Bsqueda de genes con potencialbiotecnolgico- Biocombustibles, industria oleoqumica, aplicacionesagrcolas, nuevos compuestos bioactivos
PNN los Nevados
Ecosistemas nicos/en peligro Ambientes extremos
(To, agua, radiacin) Poco conocimiento del componente
microbiolgico
Volcanes, nevados Pramos Lagunas y termales
Bosques alto andinos
Informacin Biolgica Plantas / animales Diversidad microbiana -
pocos estudios
Difciles de estudiar Mayora no cultivable Requieren condiciones
extremas/desconocidas/complejas
Cmo estudiar estas comunidades?
Metagenmica:
Acceder a communidades difciles de estudiar
Realizar bioprospeccin
Informacin metablica
Reconstruccin de genomas
Anlisis del contenidogenmico de una comunidad
Estrategia Metagenmica
Aguas Suelos
Aislamiento ADN
Ecosistema(Extremo)
Plsmidos Fsmidos
Genotecas
Tamizajes ActividadSecuencia
(PNN los Nevados)
Productos potenciales
SecuenciacinMicroarreglos
Caracterizacindel ecosistema
Area de estudio:Parque Nacional Natural Los Nevados
Area total : 58,300 haElevacin: 400 - 5,321 mRango temp: -3 & 11C
Area general Transecto altitudinal
2 sesiones de muestreo (lluvias & sequa)4 Hbitats: nieves, pramo, superpramo, y
bosques alto-andinos
Muestreo
Genotecas
Construccin genotecas (pramos)insertos pequeos (plsmidos): 2 inserts medianos (fsmidos): 2
Tamizaje Funcional
Extraccin DNA (4 hbitats)& almacenamiento
Tamizajes - secuenciaSecuenciacin al azar
Procesamiento de muestrasColeccionesMOs cultivablesColeccionesMOs cultivables
Aplicacin en industria oleoqumica
Tamizajes Funcionales
Lipasas y Esterasas
Celulasas y xilanasasDegradacin de material celulsico -
biocombustibles
(Bsqueda de una actividad biolgica)
Tamizajes basados en secuencia
Molculas pequeasPKS/NRPS - Molculas bioactivas con potencial farmacuticoantibiticos, inmunosupresores
Identificacin de extremozimasAnlisis bioinformticosNuevos bioproductos
Secuenciacin al azar de insertos
Caracterizacin de compuestospromisorios
Especificidad, estabilidad, expresin, actividadantimicrobiana, estructura, etc.
Desarrollo de productosNecesidades del mercado (Cenipalma)Corpogen - Biotecnologa
Colaboracin con labs. locales/extranjeros
Caracterizacin de la comunidadmicrobiana
Anlisis de genes conservados16S rRNA - libreras y anlisis de secuencias
nifH - capacidad metablica presente
Diversidad microbianaQue microorganismos estn presentes?
Anlisis derivados de secuenciacinGrupos funcionalesRutas metablicas
Anlisis comparativosAnotacin funcional (secuencia y
bioinformtica)Anlisis Chip (Phylochip) - Procariotes presentes
Caracterizacin de la comunidadmicrobiana
Phylochip - microarreglo
16s rRNA
(Oligos)Arreglo Robtico
1000s de spots
Anlisis con PhylochipExtraccin DNA/RNA
Hibridacin Tincin/lavado Lectura
Anlisis datos
Identificacin MOs
Marcaje
Amplificacin DNA
Bioinformtica Establecimiento de una infraestructura de hardware como soporte para el trabajo de lab.
Establecimiento de una infraestructuradistribuida lgica para el manejo de datos queasegure calidad, disposicin y permanencia de informacin.
Traer a Colombia un modelo para compilacin, almacenamiento, anlisis y procesamiento de datos metagenmicos.
Recursos InformticosRecursos Informticos
Almace
namien
to
Almace
namien
to
Almace
namien
to
ProcesamientoProcesamientoProcesamiento
Comunicacin
Comunicaci
ComunicacinnParallel
Computing
Parallel Parallel ComputinComputin
gg
Disks Arrangement
s- Tape -
Disks Disks ArrangementArrangement
ss-- Tape Tape --
LIMSLIMSLIMS
Taverna
TavernTavernaa
CassiaCassiaCassia
Data formats
Data Data formatsformats
LIMSLaboratory information management system
Compartir datos e informacin
Define modelos de experimentacin con especificaciones tcnicas, protocolos, fuentes y flujos de trabajo para ser utilizados en losprocesos de investigacin. Basado en estosmodelos, se pueden crear proyectos y hacerlesseguimiento usando diagramas de Gantt y losgrupos de trabajo pueden estar continuamenteinformados por e-mail.
TavernaFacilitador de flujos de trabajo
El proyecto Taverna proporciona un lenguaje y herramientas de software para facilitar el uso de flujosde trabajo y la tecnologa computacional distribuidadentro de la comunidad cientfica. Taverna le permite a investigadores con recusostcnicos y entrenamiento en computacin limitadosllevar a cabo anlisis complejos usando datospblicos o privados y recursos computacionales desdeun PC, sistema UNIX or computador Apple. http://taverna.sourceforge.net/
Esta herramienta gua la documentacin de metadatos que hace parte de Catlogo Nacional de Metadatos. Establece estndares para el tipo de datos requeridos para describir la biodiversidad.
Permite acceder, buscar, identificar y condicionar el uso de datos disponibles en el Sistema de Informacin en Biodiversidad de Colombia (SIB). El estndar es compatible con iniciativas globales paraprocesar informacin biolgica, asegurando accesofcil para bsquedas e intercambios de metadatos.
http://www.siac.net.co/sib.
Catalgo de Metadatos
CMS
El CMS permite comunicacin al interior delGeBiX y entre el Centro y los no-participantespor medio de un portal web.
Permite el manejo administrativo de documentosen flujos de trabajo, as como de procesosde documentacin, mtodos y tutoriales
Es el repositorio del conocimiento del Centro.
Content Management System
Procesamiento Depuracin y ensamblaje de secuencias
Celera Assembler, JAZZ Bsquedas de marcos abiertos de lecturas:
GLIMMER o FGENESB Comparaciones con bases de datos
BLAST, COG, KEGG Anotacin e identificacin de grupos funcionales y
rutas metablicas Alineamientos y rboles filogenticos
Manejo de Informacin y Desarrollo
Manejo de Informacin y Desarrollo
TavernaTavernaTaverna
LIMSLIMSLIMS
CASSIACASSIACASSIA
CMSCMSCMSDatosMuestrasBiodiversidadGenotecas ...InfoReportesAdministracinProtocolos ...
RUMBORUMBO
RUAVRUAV
U. ValleConectividadConectividad
RUPRUP
U. Cauca
U. Javeriana
Corpogen
Parquesoft
U. Nacional
RENATARENATA
15 Mb/s15 Mb/s
30 M
b/s
30 M
b/s15 M
b/s
15 M
b/s
Imagen por Carlos Manuel Estvez-B karel@javeriana.edu.co
10 Mb/s10 Mb/s
U. Caldas
Anlisis sobre polticas y legislacin en biodiversidad Valoracin legal de la bioprospeccin Valoracin de bienes intangibles y distribucin de beneficios Proteccin de informacin y propiedad intelectual Transferencia de tecnologa y negociaciones(contratos, MTA, acuerdos de confidencialidad) Construir capacidad en ABS y IPR
Marco para trabajo futuro
Aspectos Legales
ID & anlisisde productos
Prop. Intelectual, Acuerdos de transf.
Confidencialidad, permisos
Anlisis bioinformticoy desarrollos
Caracterizacincomunidad
Tamizajes poractividad
Tamizajes porsecuencia
Secuenciacin
Librerasmetagenmicas
Muestreo
Interconexin de actividades
Cientfico/Tecnolgico Generacin de nuevo conocimiento - ecosistema,
diversidad, potencial gentico Ambiente: polticas de conservacin, recursos
naturales Consolidacin de la comunidad cientfica -
genmica y bioinformtica Desarrollos tecnolgicos
Capacitacin Estudiantes (maestras, PhD, SENA, Extensin) Jvenes investigadores
Impactos/Resultados
Social y Econmico Bioprospeccin - valor a los recursos
naturales Diseminacin de resultados a la comunidad Polticas del Parque - conservacin y manejo
Legal Marco poltico y legal para bioprospeccin Capacidad de negociacin y transferencia de
tecnologa
Impactos/Resultados
Muchas graciasPatricia VlezPedro MorenoIrene TischerFernando BarrazaLuis Miguel AlvarezEsperanza TorresMa. Isabel Chacn
Camilo LpezGabriel NemogSandra BaenaDiana AlvarezYvonne VenegasCarlos Manuel Estvez-BretnMara Mercedes Zambrano
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