ENCODE: The human encyclopaedia

First they sequenced it. Now they have surveyed its hinterlands. But no one knows how much more information the human genome holds, or when to stop looking for it.

• Brendan Maher

05 September 2012

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Ewan Birney would like to create a printout of all the genomic data that he and his collaborators have been collecting for the past five years as part of ENCODE, the Encyclopedia of DNA Elements. Finding a place to put it would be a challenge, however. Even if it contained 1,000 base pairs per square centimetre, the printout would stretch 16 metres high and at least 30 kilometres long.
ENCODE was designed to pick up where the Human Genome Project left off. Although that massive effort revealed the blueprint of human biology, it quickly became clear that the instruction manual for reading the blueprint was sketchy at best. Researchers could identify in its 3 billion letters many of the regions that code for proteins, but those make up little more than 1% of the genome, contained in around 20,000 genes — a few familiar objects in an otherwise stark and unrecognizable landscape. Many biologists suspected that the information responsible for the wondrous complexity of humans lay somewhere in the ‘deserts’ between the genes. ENCODE, which started in 2003, is a massive data-collection effort designed to populate this terrain. The aim is to catalogue the ‘functional’ DNA sequences that lurk there, learn when and in which cells they are active and trace their effects on how the genome is packaged, regulated and read.

nature.com/encode

After an initial pilot phase, ENCODE scientists started applying their methods to the entire genome in 2007. Now that phase has come to a close, signalled by the publication of 30 papers, in Nature, Genome Research and Genome Biology. The consortium has assigned some sort of function to roughly 80% of the genome, including more than 70,000 ‘promoter’ regions — the sites, just upstream of genes, where proteins bind to control gene expression — and nearly 400,000 ‘enhancer’ regions that regulate expression of distant genes (see page 57)¹. But the job is far from done, says Birney, a computational biologist at the European Molecular Biology Laboratory’s European Bioinformatics Institute in Hinxton, UK, who coordinated the data analysis for ENCODE. He says that some of the mapping efforts are about halfway to completion, and that deeper characterization of everything the genome is doing is probably only 10% finished. A third phase, now getting under way, will fill out the human instruction manual and provide much more detail.

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Many who have dipped a cup into the vast stream of data are excited by the prospect. ENCODE has already illuminated some of the genome’s dark corners, creating opportunities to understand how genetic variations affect human traits and diseases. Exploring the myriad regulatory elements revealed by the project and comparing their sequences with those from other mammals promises to reshape scientists’ understanding of how humans evolved.
Yet some researchers wonder at what point enough will be enough. “I don’t see the runaway train stopping soon,” says Chris Ponting, a computational biologist at the University of Oxford, UK. Although Ponting is supportive of the project’s goals, he does question whether some aspects of ENCODE will provide a return on the investment, which is estimated to have exceeded US$185 million. But Job Dekker, an ENCODE group leader at the University of Massachusetts Medical School in Worcester, says that realizing ENCODE’s potential will require some patience. “It sometimes takes you a long time to know how much can you learn from any given data set,” he says.
Even before the human genome sequence was finished², the National Human Genome Research Institute (NHGRI), the main US funder of genomic science, was arguing for a systematic approach to identify functional pieces of DNA. In 2003, it invited biologists to propose pilot projects that would accrue such information on just 1% of the genome, and help to determine which experimental techniques were likely to work best on the whole thing.

Nature Podcast

ENCODE coordinator Ewan Birney discusses consortium science with the LHC’s Tejinder Virdee.

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The pilot projects transformed biologists’ view of the genome. Even though only a small amount of DNA manufactures protein-coding messenger RNA,for example, the researchers found that much of the genome is ‘transcribed’ into non-coding RNA molecules, some of which are now known to be important regulators of gene expression. And although many geneticists had thought that the functional elements would be those that are most conserved across species, they actually found that many important regulatory sequences have evolved rapidly. The consortium published its results³ in 2007, shortly after the NHGRI had issued a second round of requests, this time asking would-be participants to extend their work to the entire genome. This ‘scale-up’ phase started just as next-generation sequencing machines were taking off, making data acquisition much faster and cheaper. “We produced, I think, five times the data we said we were going to produce without any change in cost,” says John Stamatoyannopoulos, an ENCODE group leader at the University of Washington in Seattle.
The 32 groups, including more than 440 scientists, focused on 24 standard types of experiment (see ‘Making a genome manual’). They isolated and sequenced the RNA transcribed from the genome, and identified the DNA binding sites for about 120 transcription factors. They mapped the regions of the genome that were carpeted by methyl chemical groups, which generally indicate areas in which genes are silent. They examined patterns of chemical modifications made to histone proteins, which help to package DNA into chromosomes and can signal regions where gene expression is boosted or suppressed. And even though the genome is the same in most human cells, how it is used is not. So the teams did these experiments on multiple cell types — at least 147 — resulting in the 1,648 experiments that ENCODE reports on this week^{1, 4–8}.

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Stamatoyannopoulos and his collaborators⁴, for example, mapped the regulatory regions in 125 cell types using an enzyme called DNaseI (see page 75). The enzyme has little effect on the DNA that hugs histones, but it chops up DNA that is bound to other regulatory proteins, such as transcription factors. Sequencing the chopped-up DNA suggests where these proteins bind in the different cell types. The team discovered around 2.9 million of these sites altogether. Roughly one-third were found in only one cell type and just 3,700 showed up in all cell types, suggesting major differences in how the genome is regulated from cell to cell.
The real fun starts when the various data sets are layered together. Experiments looking at histone modifications, for example, reveal patterns that correspond with the borders of the DNaseI-sensitive sites. Then researchers can add data showing exactly which transcription factors bind where, and when. The vast desert regions have now been populated with hundreds of thousands of features that contribute to gene regulation. And every cell type uses different combinations and permutations of these features to generate its unique biology. This richness helps to explain how relatively few protein-coding genes can provide the biological complexity necessary to grow and run a human being. ENCODE “is much more than the sum of the parts”, says Manolis Kellis, a computational genomicist at the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, who led some of the data-analysis efforts.
The data, which have been released throughout the project, are already helping researchers to make sense of disease genetics. Since 2005, genome-wide association studies (GWAS) have spat out thousands of points on the genome in which a single-letter difference, or variant, seems to be associated with disease risk. But almost 90% of these variants fall outside protein-coding genes, so researchers have little clue as to how they might cause or influence disease.
The map created by ENCODE reveals that many of the disease-linked regions include enhancers or other functional sequences. And cell type is important. Kellis’s group looked at some of the variants that are strongly associated with systemic lupus erythematosus, a disease in which the immune system attacks the body’s own tissues. The team noticed that the variants identified in GWAS tended to be in regulatory regions of the genome that were active in an immune-cell line, but not necessarily in other types of cell and Kellis’s postdoc Lucas Ward has created a web portal called HaploReg, which allows researchers to screen variants identified in GWAS against ENCODE data in a systematic way. “We are now, thanks to ENCODE, able to attack much more complex diseases,” Kellis says.

Are we there yet?

Researchers could spend years just working with ENCODE’s existing data — but there is still much more to come. On its website, the University of California, Santa Cruz, has a telling visual representation of ENCODE’s progress: a grid showing which of the 24 experiment types have been done and which of the nearly 180 cell types ENCODE has now examined. It is sparsely populated. A handful of cell lines, including the lab workhorses called HeLa and GM12878, are fairly well filled out. Many, however, have seen just one experiment.
Scientists will fill in many of the blanks as part of the third phase, which Birney refers to as the ‘build out’. But they also plan to add more experiments and cell types. One way to do that is to expand the use of a technique known as chromatin immunoprecipitation (ChIP), which looks for all sequences bound to a specific protein, including transcription factors and modified histones. Through a painstaking process, researchers develop antibodies for these DNA binding proteins one by one, use those antibodies to pull the protein and any attached DNA out of cell extracts, and then sequence that DNA.
But at least that is a bounded problem, says Birney, because there are thought to be only about 2,000 such proteins to explore. (ENCODE has already sampled about one-tenth of these.) More difficult is figuring out how many cell lines to interrogate. Most of the experiments so far have been performed on lines that grow readily in culture but have unnatural properties. The cell line GM12878, for example, was created from blood cells using a virus that drives the cells to reproduce, and histones or other factors may bind abnormally to its amped-up genome. HeLa was established from a cervical-cancer biopsy more than 50 years ago and is riddled with genomic rearrangements. Birney recently quipped at a talk that it qualifies as a new species.
ENCODE researchers now want to look at cells taken directly from a person. But because many of these cells do not divide in culture, experiments have to be performed on only a small amount of DNA, and some tissues, such as those in the brain, are difficult to sample. ENCODE collaborators are also starting to talk about delving deeper into how variation between people affects the activity of regulatory elements in the genome. “At some places there’s going to be some sequence variation that means a transcription factor is not going to bind here the same way it binds over here,” says Mark Gerstein, a computational biologist at Yale University in New Haven, Connecticut, who helped to design the data architecture for ENCODE. Eventually, researchers could end up looking at samples from dozens to hundreds of people.
The range of experiments is expanding, too. One quickly developing area of study involves looking at interactions between parts of the genome in three-dimensional space. If the intervening DNA loops out of the way, enhancer elements can regulate genes hundreds of thousands of base pairs away, so proteins bound to the enhancer can end up interacting with those attached near the gene. Dekker and his collaborators have been developing a technique to map these interactions. First, they use chemicals that fuse DNA-binding proteins together. Then they cut out the intervening loops and sequence the bound DNA, revealing the distant relationships between regulatory elements. They are now scaling up these efforts to explore the interactions across the genome. “This is beyond the simple annotation of the genome. It’s the next phase,” Dekker says.
The question is, where to stop? Kellis says that some experimental approaches could hit saturation points: if the rate of discoveries falls below a certain threshold, the return on each experiment could become too low to pursue. And, says Kellis, scientists could eventually accumulate enough data to predict the function of unexplored sequences. This process, called imputation, has long been a goal for genome annotation. “I think there’s going to be a phase transition where sometimes imputation is going to be more powerful and more accurate than actually doing the experiments,” Kellis says.
Yet with thousands of cell types to test and a growing set of tools with which to test them, the project could unfold endlessly. “We’re far from finished,” says geneticist Rick Myers of the HudsonAlpha Institute for Biotechnology in Huntsville, Alabama. “You might argue that this could go on forever.” And that worries some people. The pilot ENCODE project cost an estimated $55 million; the scale-up was about $130 million; and the NHGRI could award up to $123 million in the next phase.
Some researchers argue that they have yet to see a solid return on that investment. For one thing, it has been difficult to collect detailed information on how the ENCODE data are being used. Mike Pazin, a programme director at the NHGRI, has scoured the literature for papers in which ENCODE data played a significant part. He has counted about 300, 110 of which come from labs without ENCODE funding. The exercise was complicated, however, because the word ‘encode’ shows up in genetics and genomics papers all the time. “Note to self,” says Pazin wryly, “make up a unique project name next time around.”
A few scientists contacted for this story complain that this isn’t much to show from nearly a decade of work, and that the choices of cell lines and transcription factors have been somewhat arbitrary. Some also think that the money eaten up by the project would be better spent on investigator-initiated, hypothesis-driven projects — a complaint that also arose during the Human Genome Project. But unlike the genome project, which had a clear endpoint, critics say that ENCODE could continue to expand and is essentially unfinishable. (None of the scientists would comment on the record, however, for fear that it would affect their funding or that of their postdocs and graduate students.)
Birney sympathizes with the concern that hypothesis-led research needs more funding, but says that “it’s the wrong approach to put these things up as direct competition”. The NHGRI devotes a lot of its research dollars to big, consortium-led projects such as ENCODE, but it gets just 2% of the total US National Institutes of Health budget, leaving plenty for hypothesis-led work. And Birney argues that the project’s systematic approach will pay dividends. “As mundane as these cataloguing efforts are, you’ve got to put all the parts down on the table before putting it together,” he says.
After all, says Gerstein, it took more than half a century to get from the realization that DNA is the hereditary material of life to the sequence of the human genome. “You could almost imagine that the scientific programme for the next century is really understanding that sequence.”


FONTE: http://www.nature.com/news/encode-the-human-encyclopaedia-1.11312

Bacillus stratosphericus, nova fonte de energia??

Bactérias do espaço, encontradas num rio britânico, podem ser a nova fonte de energia para o mundo

De acordo com notícia divulgada pelo site (http://www.dailymail.co.uk) bactérias normalmente encontradas em órbita acima da Terra têm sido encontradas em um rio britânico, e poderia ser uma nova fonte de energia para o mundo.  Os misteriosos organismos encontrados na foz do Rio Wear, em Sunderland, podem gerar eletricidade usando uma bateria especial chamada de célula combustível microbial.

O Bacillus stratosphericus é geralmente encontrado a 33 quilômetros acima da Terra. Acredita-se que foram trazidos à superfície por um ciclo atmosférico, provocado pelo aumento de água evaporada para a estratosfera e que logo precipita trazendo as bactérias do espaço.

É uma forma particularmente potente de bactéria que podem ser utilizadas em uma célula de combustível microbiana (MFC) para converter resíduos do rio em água limpa. A análise demonstrou que esta bactéria tinha o dobro do potencial de geração de energia elétrica de outras bactérias e os cientistas da Newcastle University acreditam que poderia ser colhida e usada no mundo em desenvolvimento, como dispositivos de energia.

Dentro de um MFC, os organismos produzem dióxido de carbono, prótons e elétrons quando mantidos em uma solução sem oxigênio. Elétrons são libertados para formar um ânodo carregado negativamente, enquanto os prótons criam um cátodo carregado positivamente. Isto produz os potenciais necessários para produzir uma corrente eléctrica.

A publicação dos resultados desta pesquisa, que são do professor Grant Burgess, de Biotecnologia Marinha da Universidade de Newcastle, está no jornal da Sociedade Americana de Química e Tecnologia Ambiental, onde é demonstrado pelo professor o potencial desta técnica. Ele disse: “O que temos feito é manipular deliberadamente a mistura microbiana, para arquitetar um biofilme, que sejamais eficiente na geração de eletricidade”.

“Encontrar a B. Stratosphericus foi uma surpresa, mas o que demonstra o potencial desta técnica para o futuro é que existem bilhões de micróbios lá fora, com o potencial para gerar energia”.

O Professor Burgess disse que, isolando 75 espécies diferentes de bactérias do Rio Wear, a equipe testou a geração de energia de cada uma, usando uma célula combustível microbial (MFC).

Ao selecionar as melhores espécies de bactérias, os cientistas foram capazes de criar um biofilme artificial, duplicando a potência elétrica do MFC de 105 watts por metro cúbico a 200 watts por metro cúbico. Embora ainda seja relativamente baixa, isso seria o suficiente para fazer funcionar a luz elétrica e poderia fornecer uma fonte de energia necessária em algumas partes do mundo que não possuem eletricidade. A utilização de micróbios para gerar electricidade não é um conceito novo e tem sido utilizado no tratamento de águas residuais e de estações de depuração.  O Prof. Burgess disse: “Este é um método muito interessante de captação de energia, a partir do que seria, um recurso de valor”.

 

 

FONTE: http://mpjbiologo.blogspot.com.br/2012/02/bacteria-espacial-pode-se-transformar.html

Resistência a antibióticos pode ser inata!!!

Pesquisa sugere que resistência de microrganismos a antibióticos pode ser inata

cortesia de Max Wisshak Imagem da caverna de Lechuquilla A culpa de muitas cepas nocivas de bactérias se tornarem resistentes a classes inteiras de antibióticos costuma recair sobre o uso abusivo de fármacos e sobre pecuaristas zelosos com o trato de seus animais . Todavia, a capacidade de se defender de antibióticos pode ter origens profundas na história evolutiva das bactérias. Um novo estudo descobriu, em uma caverna de 4 milhões de anos, dezenas de espécies resistentes a antibióticos naturais e sintéticos. Uma equipe de pesquisadores adentrou 400 m na distante e pouco visitada caverna Lechuguilla, no Novo México, para coletar amostras de bactérias. Como poucas pessoas chegaram às regiões mais profundas desde sua descoberta, em 1986, e a água da superfície leva milhares de anos para se infiltrar através da rocha densa da formação Yates até a caverna, a área é primordial para se estudar a resistência natural a antibióticos, observaram os pesquisadores ao publicar os resultados on-line em 11 de abril na revista PLoS ONE. “Nosso estudo mostra que a resistência a antibióticos é inata nas bactérias”, relatou em declaração oficial o diretor do Michael G. DeGroote Institute for Infections Disease Research da McMaster University e coautor do novo estudo, Gerry Wright. “Pode ter milhões de anos de idade." Membros da equipe também mostraram recentemente evidência genética de resistência a antibióticos em bactérias de solo de 30 mil anos atrás. Outros estudos descobriram sinais de resistência em seres encontrados no fundo do oceano e bem abaixo da superfície da Terra. Em ambos os casos, assim como na Caverna Lechuguilla, é improvável que microrganismos locais tenham sido contaminados por antibióticos modernos.

Wright e seus colegas descobriram que das 93 cepas bacterianas testadas, a maioria era resistente a mais de um dos 26 diferentes antibióticos. Algumas bactérias eram resistentes a mais de doze fármacos utilizados pelos médicos, como telitromicina, ampicilina e daptomicina, que atualmente é um tratamento de último recurso no combate às infecções resistentes. É improvável que as bactérias da caverna causassem danos a seres humanos, mas poderiam fornecer as características genéticas que conferem resistência. A descoberta dificilmente exonera seres humanos da criação de condições que exercem forte pressão seletiva sobre bactérias para se tornarem tolerantes e resistentes a antibióticos. No entanto, significa que bactérias patogênicas resistentes a medicamentos poderiam implantar caracteres genéticos já em circulação no ambiente e colocá-los em uso contra o nosso arsenal farmacêutico. “A maioria dos médicos acredita que as bactérias adquirem resistência a antibióticos na clínica”, explica Wright. “A verdadeira fonte de grande parte dessa resistência são bactérias inofensivas que habitam o ambiente”, reagindo a antibactericidas naturais. “Isto cria importantes implicações clínicas”, continua Wright, “pois sugere que existem muito mais antibióticos no ambiente que poderiam ser encontrados e utilizados para tratar infecções agora consideradas intratáveis.” Além de padrões familiares de resistência, os pesquisadores descobriram também um novo mecanismo, sugerindo que podem existir mais surpresas referentes à resistência a medicamentos na Natureza. “Esse fato salienta ainda mais a importância do uso criterioso de antibióticos”, concluíram os pesquisadores em seu estudo.   FONTE: http://mpjbiologo.blogspot.com.br/2012/04/evolucao-de-bacterias.html

Super Cola produzida por bactérias!!!!

Encontrada em banheiras e dentes mal escovados, substância possui uma das maiores forças adesivas encontradas na natureza.

Você já deve ter visto alguma propaganda em que, para provar o poder de aderência de alguma cola, pessoas e objetos são grudados ao teto. Apesar da qualidade desses produtos, nenhum deles se compara em poder à substância semelhante ao açúcar produzida pela bactéria Caulobacter crescentus.

Com uma força adesiva de quase cinco toneladas por polegada quadrada, só um pouco da “cola” tem poder o suficiente para suportar o peso de vários automóveis unidos. O material também tem a vantagem de ser imune à água e, de alguma maneira, a bactéria sempre consegue aplicá-lo no momento e local mais oportuno, evitando assim qualquer espécie de desperdício.

A capacidade de se firmar a uma superfície é essencial para a sobrevivência da Caulobacter crescentus, que se manifesta na forma de resíduos pegajosos que se fixam a banheiras ou até mesmo à dentição humana. Pesquisadores da Universidade de Indiana e da Universidade Brown se uniram para estudar o comportamento do microrganismo, trabalho que reuniu informações que podem ajudar a combater infecções em um futuro próximo.

A pesquisa descobriu que ao menos duas outras bactérias possuem comportamento semelhante na hora de se fixar a algum local, o que pode desempenhar um papel fundamental no processo de contágio de diversas doenças. Com isso, abre-se a possibilidade de desenvolver medicamentos que bloqueiem o processo e evitem um aumento do contágio.

 

FONTE:http://mpjbiologo.blogspot.com.br/2012/04/bacteria-produz-cola-capaz-de-suspender.html

Descobertos "interruptores" que controlam muitos dos nossos genes!!!!

Descoberta sobre o genoma humano pode iniciar revolução médica

Cientistas de nove países concluíram o mais detalhado mapa do DNA humano. Espaço estudado tem um papel importantíssimo no controle das nossas células e pode ajudar a decifrar questões relacionadas a doenças.

Cientistas de nove países concluíram o mais detalhado mapa do DNA humano. O estudo pode ajudar no diagnóstico e no tratamento de doenças graves como o câncer.
A nova descoberta pode iniciar uma revolução médica. Os genes que controlam as cores dos nossos olhos, o nosso tipo de sangue ou alguma outra característica são cerca de 2% do total do nosso DNA. O restante era um espaço que não tinha atividade e que por isso era classificado pelos cientistas como lixo. E eles acabaram reconhecendo que esse nome é injusto. Esse espaço tem um papel importantíssimo no controle das nossas células e pode ajudar a decifrar questões relacionadas a doenças.
Em um pedaço do DNA os cientistas encontraram quatro milhões de interruptores, que ligam e desligam os genes do nosso corpo. Esse processo regula o comportamento de células, tecidos e órgãos como se fosse um grande painel de controle. Vários desses interruptores podem definir a normalidade de um gene ou mudanças genéticas relacionadas ao câncer, problemas do coração, diabetes e outras doenças.
Há mais de nove anos 440 cientistas de 9 países trabalham nesse projeto. Segundo os pesquisadores, a descoberta representa um grande passo para a medicina e vai orientar como serão os novos tratamentos e medicamentos.
O Bom Dia Brasil conversou com a geneticista brasileira Lygia da Veiga Pereira, da USP, sobre essa descoberta. Ela afirmou que até a gestão da saúde pode melhorar.
“O público em geral vai sentir o impacto deste estudo, que acaba de ser publicado, quando nós cientistas, usando esses dados, aprendermos mais sobre o funcionamento do corpo humano. A gente imagina que, agora, conhecendo uma outra fração importante do nosso genoma, a gente possa primeiro entender que doenças podem estar sendo causadas por defeitos nessas regiões do genoma. Isso é uma coisa muito importante. A gente entender causas de doenças que antes a gente não entendia, porque estava olhando no lugar errado do genoma. Isso abre um caminho que, eventualmente, leva a novas terapias e até à cura”, explica.

Bactérias Magnéticas podem ser usadas na fabricação de Biocomputadores!!!!

Bactérias magnéticas poderiam ser usadas na fabricação de computadores biológicos no futuro, segundo pesquisadores britânicos e japoneses.

Cientistas da University of Leeds, na Grã-Bretanha, e da Universidade de Agricultura e Tecnologia  de Tóquio, no Japão, estão fazendo experimentos com micróbios que se alimentam de ferro.

Uma vez ingerido pelos micróbios, o ferro é transformado em pequenos ímãs, semelhantes aos que são encontrados em discos rígidos de computadores.

De acordo com os pesquisadores, a pesquisa, que foi divulgada na publicação científica Small, pode permitir a fabricação de discos rígidos muito mais rápidos.

Desafio em escala nano

As bactérias Magnetospirilllum magneticum, utilizadas na pesquisa, são micro-organismos naturalmente magnéticos, que costumam viver em ambientes aquáticos em regiões abaixo da superfície, onde o oxigênio é escasso.

Eles nadam para cima e para baixo, seguindo as linhas dos campos magnéticos da Terra e se alinhando aos campos magnéticos como as agulhas de uma bússola, em busca de suas concentrações preferidas de oxigênio.

Quando a bactéria ingere ferro, proteínas dentro de seu corpo interagem com o metal para produzir pequenos cristais do mineral magnetita, o mais magnético existente na Terra.

Após estudar a forma como estes micróbios coletam, formam e posicionam esses nanoímãs dentro de si próprios, os pesquisadores aplicaram o mesmo método fora da bactéria, "cultivando" ímãs que, eles esperam, poderiam ser usados no futuro para construir circuitos de discos rígidos.

"Estamos rapidamente chegando aos limites da manufatura eletrônica tradicional à medida que componentes ficam menores", disse a coordenadora da pesquisa, Sarah Staniland, da Universidade de Leeds.

"As máquinas que usamos tradicionalmente para construí-los são desajeitadas quando se trata de escalas tão pequenas. A natureza nos oferece a ferramenta perfeita para (resolver) esse problema", diz.

Fios Biológicos

Além de usar micro-organismos para produzir ímãs, os pesquisadores também conseguiram criar pequenos fios elétricos feitos de organismos vivos.

Eles criaram nanotubos feitos com membranas de células artificiais, cultivadas em um ambiente controlado, com a ajuda de uma proteína presente nas moléculas de gordura humanas.

A membrana é a "parede" biológica que separa o interior da célula do ambiente exterior.

Esses tubos poderiam, no futuro, ser usados como fios microscópicos produzidos por meio de engenharia genética, capazes de transferir informações - da mesma forma como as células fazem nos nossos corpos - dentro de um computador, explicou à BBC o cientista Masayoshi Tanaka, da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio.

"Esses fios biológicos podem ter resistência elétrica e transferir informação de um grupo de células dentro de um biocomputador para todas as outras células."

"Além de computadores, os fios poderiam até ser usados no futuro em cirurgias humanas porque, em teoria, são altamente biocompatíveis", afirmou o pesquisador.

Constituintes Moleculares

http://www.4shared.com/office/8CaK0k8t/Aula_1.html

Estudos das Biomoleculas

http://www.4shared.com/office/MM_ky31C/Aula_2.html

Estrutura de Ácidos Nucleicos

http://www.4shared.com/office/-3iNM7CG/Aula_3.html

BIOMineração

Biomineração usa bactérias e fungos para extrair metais

Com informações da Revista Unesp Ciência - 24/07/2012

Bactéria extremófila A. ferrooxidans em plena atividade de biomineração. [Imagem: Unesp Ciência]

Mineração biológica
O mundo não se pode dar ao luxo de abrir mão da mineração, que é um dos motores da economia global e que está na base de todas as demais indústrias.
Mas talvez possa ser possível fazê-la de uma forma mais eficiente.
É nessa direção que caminham os esforços de cientistas que pretendem substituir os métodos tradicionais da atividade mineradora por outros, que se aproveitam do trabalho silencioso e invisível dos micro-organismos, particularmente bactérias.
É a biomineração.
Bactérias naturalmente encontradas junto a grandes depósitos de cobre, níquel e ouro vêm sendo estudadas por cientistas como Denise Bevilaqua, do Instituto de Química da Unesp de Araraquara, que busca uma forma economicamente viável de extrair esses minerais da natureza, por meio de um processo conhecido como biolixiviação ou bio-hidrometalurgia.
Segundo a pesquisadora, a biomineração pode ser menos agressiva ao ambiente.
"A grande vantagem," afirma a pesquisadora, "é que na biomineração a liberação do material de interesse não exige queima, como nos métodos tradicionais [pirometalurgia], o que elimina a emissão de gases poluentes, como o monóxido de carbono e o óxido sulfuroso".
Biomineração de cobre
Os micro-organismos mineradores consomem substâncias conhecidas como sulfetos, e os convertem em ácido sulfúrico, que acaba tornando solúveis os minérios de interesse econômico. Estes, por sua vez, são recuperados posteriormente, na forma sólida.
"Cerca de 20% do cobre produzido no mundo já é extraído por biomineração, e boa parte dele vem do Chile, onde o processo está mais desenvolvido", diz Denise.
Lá, pesa ainda o fato de ser muito caro levar uma infraestrutura complexa até grandes altitudes, na região dos Andes. "Por isso os chilenos preferem carregar equipamentos mais simples usados na biolixiviação, que é feita in loco", acrescenta a pesquisadora.
Maior produtor mundial, o Chile foi responsável por 36% dos 16 milhões de toneladas de cobre comercializados em 2010, segundo o Grupo Internacional de Estudos sobre o Cobre (ICSG, na sigla em inglês). O Brasil é o 15º maior produtor mundial do metal, com produção estimada de 230 mil toneladas em 2010.

Amostra de calcopirita, mineral que é uma das principais fontes de extração do cobre. [Imagem: Unesp Ciência]

Resíduos e dejetos
Espera-se também que a biomineração aumente a eficiência do processo extrativo.
Os micróbios mineradores podem ser usados em materiais com baixo teor do metal de interesse, quando o custo de empregar as tecnologias atuais não compensa. Isso significa explorar depósitos que hoje são considerados economicamente inviáveis.
Usar a mão de obra invisível também é conveniente quando o substrato é complexo, porque aglutina diferentes tipos de minerais, o que hoje representa um desafio para a mineração tradicional.

• Biomineração substitui mineiros por bactérias

Mas o melhor de se colocar as bactérias para trabalhar como mineiras é que elas conseguem retirar metais de resíduos e dejetos da indústria mineradora, fazendo ao mesmo tempo a extração do material de interesse econômico e o tratamento dos efluentes.
O grupo de pesquisa chefiado por Denise em Araraquara trabalha com a calcopirita (CuFeS2), o minério bruto de onde é extraído o cobre.
Apesar de abundante, a calcopirita não é o subtrato que mais facilita o trabalho bacteriano, por isso mesmo ninguém desenvolveu ainda um método de larga escala para biomineração.
A bactéria eleita para a tarefa chama-se Acidithiobacillus ferrooxidans.
Não tão amigável
Para que o processo possa ser colocado em prática, nem sempre será necessário que haja uma inoculação de bactérias no local.
O que pode ser feito é o despejo de um meio ótimo para que os micro-organismos já presentes naquele material cresçam e se desenvolvam satisfatoriamente.
Esse meio líquido seria despejado em uma pilha de minério, posta sobre uma camada impermeabilizante e ligada a um sistema de drenagem.
Em alguns casos, é realizada também a inoculação da linhagem desenvolvida, sempre em pilhas isoladas do restante da mina.
"É muito importante controlar o meio e impedir que ele vaze e alcance os rios, já que todo processo de extração mineral é contaminante", pondera Denise, ressaltando que a biolixiviação é um processo mais amigável ao ambiente que os usados tradicionalmente, mas não chega a ser tão amigo assim.
"É uma operação muito mais econômica e tem um gasto de energia bem menor, mas não deixa de degradar. Tem que arrancar a pedra, quebrar, explodir, não tem jeito."

Versão selvagem do fungo Aspergillus nidulans, que está sendo adaptado para exploração de terras raras. [Imagem: Unesp Ciência]

Terras raras
Mas nem só com bactérias se faz biomineração.
O grupo de pesquisa coordenado por Sandra Sponchiado, também do Instituto de Química de Araraquara, trabalha com fungos e já identificou em certas espécies o potencial para obter metais valiosos por meio da biossorção - nome dado aos processos em que um sólido de origem biológica retém certos tipos de metal.
Os metais em questão são as cobiçadas terras raras, elementos químicos do grupo dos lantanídeos - a penúltima linha da tabela periódica - que têm grande valor por serem matérias-primas de boa parte dos aparelhos de alta tecnologia desenvolvidos no Vale do Silício - smartphones e tablets, por exemplo.
Nesse caso, empregam-se os chamados fungos filamentosos pigmentados. Segundo Sandra, a presença dos pigmentos é justamente o que faz com que a biomassa produzida pelo fungo tenha grande capacidade de se ligar a metais.
O grupo de Sandra realizou um amplo estudo com diversas espécies de fungos, o que levou à escolha definitiva de um deles: o Cladosporium sp.
"A grande vantagem dos fungos é que podemos obter a biomassa com baixo custo. É muito barato cultivá-los", afirma a pesquisadora.
Atualmente ela trabalha com uma linhagem mutante da espécie Aspergillus nidulans, isolada em seu laboratório, cuja capacidade biossortiva está se mostrando superior à do Cladosporium.
"O intuito dessa pesquisa, na verdade, é fazer a extração desses metais contidos em resíduos industriais", diz Sandra. "Há resíduos com quantidades de terras raras que não podem mais ser retiradas por meio de processos químicos. Com o alto valor que esses metais possuem, uma biomassa de fungos que ainda consiga extrair mais um pouco pode ser uma possibilidade interessante".

Como respirar arsênico (por pouco tempo)

“O PROCESSO CIENTÍFICO É  naturalmente auto-corretivo, com cientistas tentando reproduzir resultados já publicados.”
Foi com o uso do corolário acima, conhecido por todo cientista, que a revista “Science” reconheceu  ontem que um das descobertas recentes mais intrigantes da biologia estava errada.
Em dezembro de 2010, Felisa Wolfe-Simon, do Instituto de Astrobiologia da Nasa, tinha apresentado ao público uma bactéria que não usava o elemento fósforo em seu metabolismo, pois o tinha substituido por arsênio, o componente central do veneno arsênico. A mera troca de um elemento pode soar irrelevante para leigos em bioquímica, mas se a cientista estivesse correta, a GFAJ-1, o micróbio encontrado no lago Mono, na Califórnia, seria único.
Até hoje, todos os organismos vivos conhecidos dependem crucialmente de seis elementos em seu metabolismo: oxigênio, carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e fósforo. Se este último pudesse ser trocado por arsênio, a compreensão de cientistas sobre as condições básicas para o surgimento da vida deveriam ser repensadas. Apelidada até de “bactéria extraterrestre”, a GFAJ-1 seria um sinal de que a vida poderia emergir em locais jamais imaginados.
A consagração, porém, durou muito pouco. O trabalho de Wolfe-Simon começou a ser atacado logo após a publicação, e outros biólogos a criticaram por ter sido apressada em tirar algumas conclusões. Rosie Redfield, da Universidade da Columbia Britânica, tentou reproduzir o experimento original feito pela cientista da Nasa, e obteve resultados diferentes. Esse e outros argumentos, porém, foram insuficientes para convencer a Nasa a retratar o estudo.
A edição desta semana da “Science”, porém, traz enfim não apenas um, mas dois estudos explicando o que estava errado no trabalho de Wolfe-Simon.
Um deles, liderado por Tobias Erb do ETH (Instituto Federal de Tecnologia da Suíça), em Zurique, mostra que apesar de a bactéria ser capaz de viver num meio altamente contaminado por arsênio, seu organismo precisa de um pouco de fósforo para sobreviver. A cientista da Nasa, portanto, havia concluído que o micróbio metabolizava arsênio sem ter a certeza de que não havia fósforo em suas amostras.
O outro estudo, liderado por Marshall Reaves, da Universidade de Princeton, contraria afirmações de Wolfe-Simon de que moléculas essenciais ao funcionamento dos organismos —como DNA e os lípídios das membranas celulares— poderiam trocar o fósforo por arsênio.
A vida, portanto, volta ao normal a partir de hoje.
A “Science” cumpriu seu papel ao buscar os melhores argumentos contra um estudo controverso e fez o certo em se esforçar para publicar os trabalhos que contrariam uma descoberta que ela própria tinha alardeado. Num caso desses, é a reputação da publicação que está em jogo, e os editores da revista se sairam da melhor forma possível.
Para Wolfe-Simon e para o Instituto de Astrobiologia da Nasa, porém, o futuro não será tão fácil. O erro talvez não seja feio o suficiente para que a cientista seja crucificada eticamente, mas, ao que tudo indica, errar foi um pecado menos grave do que insistir no erro. Pareceristas que lerem seus estudos futuros certamente terão cuidado redobrado antes de endossar suas conclusões.
A “Science”, para qualquer efeito, tentou resgatar aquilo de bom que sobrou do estudo original da pesquisadora, no comunicado que publicou domingo. Tecnicamente o estudo não foi retratado, e a revista reconhece o mérito de Wolfe-Simon de ter atentado para a importância da GFAJ-1, “um organismo de resistência extraordinária que deve ser de interesse em mais estudos, particularmente relacionados a mecanismos de tolerância ao arsênico”.


FONTE: http://teoriadetudo.blogfolha.uol.com.br/2012/07/09/como-respirar-arsenico-por-pouco-tempo/

Bactérias envolvidas no desenvolvimento de Autismo Regressivo

Microbiologia e Autismo Regressivo

Por Raquel Regina Bonelli ,6 de junho de 2012

Desulfovibrio desulfuricans, microrganismo possivelmente envolvido na patogênese de autismo.O autismo regressivo é caracterizado pelo início tardio, onde a criança se desenvolve normalmente até cerca de 18 meses e depois começa a evoluir para um comportamento típico de autista com sintomas como diminuição da capacidade de linguagem e de socialização. Estima-se que cerca de um terço dos autismos diagnosticados nos dias de hoje sejam deste tipo.

Ainda que este seja um quadro eminentemente neurológico, pesquisas recentes apontam indícios de que a microbiota intestinal pode estar relacionada com o desenvolvimento de autismo regressivo. É o que autores americanos defendem em um artigo recentemente publicado na revista Anaerobe, onde são apresentas três evidências experimentais desta correlação. A primeira evidência foi obtida ainda no início dos anos 2000, onde o uso de um antibiótico com ação sobre algumas espécies de bactérias que vivem no trato intestinal levou à diminuição nos sintomas comportamentais do autismo durante o tratamento. A suspensão do uso de antibiótico refletiu na regressão das melhorias obtidas. Alguns anos depois, com o advento de técnicas de identificação que não dependem de cultivo bacteriano, foi observado que, de uma forma geral, há variações importantes nos gêneros de bactérias prevalentes na microbiota de crianças com autismo avançado em relação às demais crianças. Por fim, um gênero específico de bactérias foi identificado como potencialmente importante no desenvolvimento de autismo. Estes microrganismos estariam causando dano de tecido por produzir um metabólito tóxico ou ainda utilizar componentes da dieta que seriam essenciais para o desenvolvimento da criança.

Assim, em ultima instância, fatores genéticos (como perfil de susceptibilidade imunológica) e ambientais (como dieta e uso de antimicrobianos) podem contribuir para as causas do autismo regressivo através da influência na microbiota intestinal. Muito há que se evoluir ainda na compreensão da patogênese deste quadro, mas sem dúvida quanto mais a ciência puder compreender as causas do autismo, mais eficientes serão também as estratégias de tratamento e prevenção desta doença.  

Fonte: Finegold, S. M.; Downes J.; Summanen, P. H. Microbiology of regressive autism. Anaerobe. 2012, 12:260-262.

FONTE:http://www.microbiologia.ufrj.br/informativo/novidades-sobre-microbiologia/345-microbiologia-e-autismo-regressivo

Roupa com tecido de BACTÉRIAS

Designer cria roupas com tecido de bactérias

A designer de moda Suzanne Lee cria roupas feitas de um tecido produzido por bactérias e fungos

Suzanne Lee produz suas roupas artesanalmente usando um processo ainda experimental

São Paulo — Que tal circular por aí usando uma roupa feita por bactérias? Essa é a proposta da designer de moda Suzanne Lee. Ela coloca bactérias e fungos microscópicos numa cuba com chá verde e muito açúcar. Os micro-organismos consomem o açúcar e produzem tecido de celulose, que ela usa em suas criações. É um trabalho que junta química, biotecnologia e inovação.

Suzanne é pesquisadora da Universidade Central Saint Martins de Arte, em Londres. Seu processo para fabricar tecidos é uma variante do que é usado para produzir uma bebida tradicional de origem chinesa, a kombucha. Ela demora de duas a três semanas para obter uma peça de tecido.
Esse é o tempo necessário para que as bactérias e fungos formem uma camada de celulose na superfície do chá verde. Com 1,5 centímetro de espessura, essa camada fibrosa pode ser moldada no formato da roupa. Ela é, então, seca e se torna mais fina, pronta para ser tingida, recortada e costurada.
Um problema desse tecido de bactéria é que ele é muito absorvente. Se alguém tomar chuva enquanto estiver usando uma das roupas criadas por Suzanne, o tecido pode ficar com o aspecto de uma esponja encharcada. Ela ainda está pesquisando como tratar as fibras para torná-las resistentes à água.
Suzanne diz que seu trabalho está apenas no início e que esse processo de produção de tecidos ainda pode ser muito aperfeiçoado. Ela vislumbra o dia em que será possível usar algum tipo de molde para que as bactérias produzam as fibras já no formato desejado, dispensando as costuras. No vídeo abaixo (em inglês), ela mostra como trabalha.

FONTE: http://exame.abril.com.br/tecnologia/inovacao/noticias/designer-cria-roupas-com-tecido-de-bacterias

Identificação Completa do Microbioma Humano

Genética

Cientistas completam mapeamento do microbioma humano

Cientistas identificaram não só os trilhões de micróbios que habitam o corpo humano, mas também seus genomas

Projeto que contou com 80 instituições de pesquisa divulgou a identificação de micróbios, como vírus e bactérias, que habitam o corpo humano (ChristIan Charisius/AFP)

Um grupo de cientistas anunciou nesta quarta-feira a identificação completa do microbioma humano, todos os trilhões de micróbios que habitam o nosso corpo. O Projeto do Microbioma Humano, dos Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos (NIH, na sigla em inglês), anunciou os resultados em vários artigos nas revistas Nature e Public Library of Sciences (PLoS).

Saiba mais

MICROBIOMA HUMANO
O microbioma é a totalidade dos micróbios e seus elementos genéticos, e as interações ambientais em um contexto particular, nesse caso, o corpo humano. O ser humano tem trilhões de bactérias e vírus distribuídos em várias partes do corpo.

No projeto, participaram quase 80 instituições de pesquisa multidisciplinar que trabalharam durante cinco anos com um subsídio de 153 milhões de dólares (cerca de 206 milhões de reais).
O corpo humano adulto e saudável abriga dez vezes mais micróbios que células humanas e esse contingente inclui arqueobacterias (bactérias primitivas), vírus, bactérias e micróbios eucarióticos (que têm o material genético envolto por membrana). O conjunto do genoma desses organismos é muito maior do que o humano.
"Como os exploradores do século XV que descreviam os contornos de um continente recém-descoberto, os pesquisadores deste projeto empregaram uma nova estratégia tecnológica para definir integralmente, pela primeira vez, o panorama microbial normal do organismo humano", disse o diretor do NIH, Francis Collins.
Pesquisa — Para definir o microbioma humano normal, o grupo estudou 242 voluntários saudáveis (129 homens e 113 mulheres), dos quais obtiveram tecidos de 15 lugares no corpo masculino e de 18 no corpo feminino. Foram tomadas até três mostras de cada voluntário em lugares como vagina, boca, nariz, pele e intestino.
Os artigos publicados proporcionam um panorama integral da diversidade dos micróbios em 18 lugares diferentes do corpo humano. Isto inclui genomas de referência de milhares de micróbios e catálogos de mais de 5 milhões de genes de micróbios.
De acordo com a gerente do programa, Lita Proctor, os humanos não têm todas as enzimas necessárias para digerir os alimentos. "Os micróbios decompõem grande parte das proteínas, lipídios e carboidratos da dieta e os transformam em nutrientes que podemos absorver."
Além disso, Proctor destacou que os micróbios produzem compostos benéficos como as vitaminas e anti-inflamatórios que nosso próprio genoma não pode produzir.
(Com Agência EFE)



FONTE: http://veja.abril.com.br/noticia/ciencia/cientistas-completam-mapeamento-do-microbioma-humano

PCR Direto do Tecido

Mais uma inovação na área de biologia molecular... agora pode-se realizar PCR sem prévia extração e/ou purificação de DNA.

Terra™ PCR Direct - Genotype Directly from Tissue!

 

 

Direct PCR allows for genome amplification directly from small tissue samples (muscle, hair, nail, leaf, etc.) or crude extracts, without DNA purification. It saves time, reduces cost, and prevents sample loss.

Terra PCR Direct mixes and kits are optimized for direct PCR and feature a unique non-Taq DNA polymerase and optimized buffers that are designed to tolerate PCR inhibitors. Templates up to 2 kb and 70% GC-content can be amplified with high yields.

 

Two protocols to choose from:

• One-Step: Add your plant/animal tissue sample directly into the PCR vial. This is the fastest protocol!
• Two-Step: Add your tissue sample into an extraction buffer first, then transfer an aliquot into the PCR vial. Remaining aliquots may be used in other experiments, or stored.

   

Terra PCR Direct has been used successfully with the following organisms.

 

Corn	Cow	Human	Spinach	Goat	Mouse
Tomato	Sheep	Zebrafish	Sugar cane	Chicken	Xenopus
Rice	Pig	Drosophila	Cotton	Leishmania	C. elegans
Chestnut	Mycelia	Dragonfly	Arabidopsis	Yeast	Prawn
Moss spores	Soil Bacillus	Trichogramma

 

 FONTE: http://info.clontech.com/JSCSLT_TerraOverviewPageSM.html

Efeito Smile no Gel de Agarose

Prezados, esse post é dedicado aos colegas de laboratório que enfrentam esse problema.

SHORT TIPS - Quando as bandas do gel sorriem...

...não é um bom sinal! 


Depois de correr uma reação de PCR em um gel agarose, você já se deparou com uma banda tão torta que chega a parecer um sorriso? 

Apesar do DNA ser o código da vida, não, ele não está criando vida própria. Alguns pequenos erros explicam isso:

1. O gel não ficou complemente submerso no tampão de corrida.
2. O volume de amostra aplicado no gel foi muito pequeno (deve ocupar pelo menos 1/3 do volume do poço).
3. Condições de corrida impróprias. A pressa pode nos tentar a aumentar a voltagem. Mas existe um limite de voltagem que depende do tamanho do gel e da cuba. Não use mais que 5-8 V* por cm (de distância entre os eletrodos), ou suas bandas irão literalmente rir da sua cara. *Procure descobrir a voltagem recomendada pelo fabricante do padrão de tamanho que você usa.
4. Bolhas ou partículas no gel ou nos poços também podem atrapalhar.

Se você tem tido outros problemas com eletroforese de DNA, como bandas pouco intensas, rastros, padrões de tamanho atípicos ou DNA que não sai do poço, dê uma olhada neste "troubleshooting". Ele explica muita coisa!

 

 

FONTE: http://rnasefree.blogspot.com.br/ (Recomendo)