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