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  DNA	
  e	
  Análises	
  Gené2cas	
  
Agradecimento	
  Especial:	
  Maribel	
  Funes-­‐Huacca,	
  PhD	
  
CFBio	
  –	
  Isol.	
  &	
  Pur.	
  Biomoleculas	
  
Tipos	
  de	
  DNA	
  
•  Eucariontes;	
  
Ø DNA	
  nuclear;	
  
Ø DNA	
  mitocondrial;	
  
Ø DNA	
  cloroplasto;	
  
•  Procariontes;	
  
Ø DNA	
  bacterial;	
  
Ø DNA	
  plasmidial;	
  
 Estrutura	
  de	
  DNA	
  
	
  
	
  	
  •  DNA	
  =	
  Acido	
  Desoxyrribonucleico	
  
•  Carrega	
  informação	
  genética	
  
•  Presente	
  ao	
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  do	
  
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•  Hélice	
  Dupla	
  fita	
  
•  ConsJtuído	
  de	
  nucleoLdeos	
  
•  Molécula	
  açúcar	
  
•  Grupo	
  fosfato	
  
•  Base	
  nitrogenada	
  
Alfabeto	
  do	
  DNA	
  
Quatro	
  Bases:	
  
	
   	
  A	
  =	
  Adenina	
  	
  
	
   	
  G	
  =	
  Guanina	
  	
  
	
   	
  C	
  =	
  Citosina	
  	
  
	
   	
  T	
  =	
  Timina	
  
Pares	
  de	
  bases	
  complementares:	
  
	
   	
  A	
  =	
  T	
  
	
   	
  G	
  ≡	
  C	
  
DNA	
  Mitocondrial	
  
•  Mitocôndria	
  	
  
–  Localizada	
  for	
  a	
  do	
  núcleo;	
  
–  >100,000	
  em	
  cada	
  célula;	
  
	
  
•  mtDNA	
  análise	
  
–  Quando	
  o	
  DNA	
  nuclear	
  não	
  é	
  disponível;	
  
–  Mais	
  sensível,	
  maior	
  tempo	
  de	
  análise	
  e	
  custo;	
  
–  Duas	
  regiões	
  altamente	
  variáveis	
  são	
  analisadas:	
  
•  HV1	
  e	
  HV2	
  
	
  
	
  
mtDNA	
  
Vantagem:	
  UJliza	
  pequenas	
  quanJdades	
  de	
  DNA	
  existe	
  tanto	
  	
  
mtDNA	
  quanto	
  mais	
  do	
  que	
  uma	
  cópia	
  por	
  célula;	
  
Desvantagens:	
  Herança	
  Materna,	
  onde	
  a	
  mãe	
  e	
  todos	
  os	
  filhos	
  
terão	
  perfis	
  próximos;	
  
Degradação	
  de	
  DNA	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Principal	
  ponto	
  de	
  
degradação	
  (depurinação);	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Degradação	
  oxidaJva;	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Degradação	
  hidrolíJca;	
  
• 	
  Hidrólise	
  química;	
  
• 	
  Hidrólise	
  enzimáJca;	
  
ü 	
  	
  Exonucleases	
  (terminais	
  	
  
5’,	
  3’);	
  
ü 	
  	
  Endonucleases	
  (DNAse	
  I)	
  
ESTRUTURA	
  DO	
  RNA	
  
Ø 	
  	
  Fita	
  única	
  de	
  	
  ácido	
  ribonucléico.	
  
Ø 	
  	
  As	
  unidades	
  monoméricas	
  são	
  consJtuídas	
  de:	
  
• 	
  	
  Uma	
  base:	
  Adenina,	
  Citosina,	
  Guanina	
  e	
  
	
  URACILA;	
  
• 	
  	
  Um	
  açúcar:	
  RIBOSE;	
  
• 	
  	
  Um	
  grupo	
  fosfato.	
  
Estrutura	
  
de	
  RNA	
  
Fundamentos	
  de	
  Extração	
  de	
  DNA	
  
•  Aplicações	
  de	
  DNA	
  
	
  
Ø 	
  DiagnósJco;	
  
Ø 	
  Medicina	
  (estudo	
  de	
  câncer;	
  idenJficação	
  doenças);	
  
Ø 	
  Processos	
  evoluJvos	
  (filogenias,	
  estudos	
  populacionais);	
  
Ø 	
  Genoma;	
  
Ø 	
  InvesJgações	
  forenses,	
  paternidade	
  
Extração	
  de	
  DNA	
  
•  Passos	
  principais:	
  
	
  
Ø  Lise	
  das	
  membranas	
  plasmáJcas	
  e	
  nucleares;	
  
Ø  Degradação	
  de	
  proteínas;	
  
Ø  Purificação	
  do	
  DNA	
  
Extração	
  de	
  DNA	
  
•  Lise	
  de	
  membranas	
  e	
  degradação	
  de	
  proteínas	
  
Ø A	
  lise	
  é	
  através	
  de	
  tampão	
  de	
  extração,	
  contendo	
  SDS,	
  
EDTA,	
  DTT,	
  e	
  mais	
  agentes	
  tamponantes.	
  O	
  uso	
  da	
  
Proteinase	
  K	
  para	
  degradação	
  das	
  Proteínas	
  (rapidamente	
  
inaJva	
  as	
  nucleases,	
  que	
  degradam	
  o	
  DNA);	
  
Ø 	
  A	
  membrana	
  é	
  solubilizada	
  por	
  agentes	
  que	
  rompam	
  
associações	
  hidrofóbicas,	
  destruindo	
  a	
  bicamada	
  lipídica	
  e	
  
desnaturando	
  as	
  proteínas;	
  
Extração	
  de	
  DNA	
  
•  Extração	
  em	
  solventes	
  orgânicos;	
  
•  Purificação	
  de	
  DNA	
  (eliminação	
  de	
  resíduos	
  
orgânicos);	
  
Molécula	
  de	
  DNA	
  não	
  é	
  solúvel	
  em	
  álcool	
  (isopropanol	
  ou	
  etanol),	
  
precipitando	
  em	
  meio	
  alcoólico	
  e	
  peleJzado	
  por	
  centrifugação;	
  
Ressuspenção	
  de	
  DNA	
  em	
  tampão	
  pH=7,4,	
  contendo	
  RNAse	
  para	
  
degradar	
  o	
  RNA;	
  
•  Conservação	
  de	
  DNA	
  
Estocagem	
  de	
  DNA	
  a	
  temperaturas	
  menores	
  de	
  -­‐20	
  °C,	
  evitando	
  
descongelamentos	
  sucessivos;	
  
Métodos	
  de	
  Extração	
  
•  Fenol	
  /	
  clorofórmio;	
  
•  Chelex;	
  
•  IsoJocianato	
  de	
  Guanidina;	
  
•  Minicolumnas	
  ;	
  
•  Kits	
  Comerciais	
  com	
  sílica;	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Extração	
  de	
  DNA	
  
•  Pre-­‐tratamento	
  de	
  Amostras:	
  
Ø Material	
  Vegetal	
  (calos,	
  folha,	
  plântula):	
  trituração	
  em	
  N2	
  
liquido,	
  digestão	
  em	
  tampão	
  CTAB,	
  β-­‐mercaptoetanol,	
  EDTA;	
  
Ø Tecido	
  animal	
  e	
  fluído	
  biológico:	
  digestão	
  em	
  tampão	
  Tris-­‐EDTA,	
  
SDS,	
  NaCl,	
  DTT	
  e	
  proteinase	
  K;	
  
Ø Osso	
  e	
  dente:	
  trituração	
  em	
  N2	
  liquido,	
  descalcificação	
  e	
  
lavagem	
  com	
  EDTA	
  0,5M,	
  digestão	
  em	
  SDS,	
  NaCl,	
  DTT	
  e	
  
proteinase	
  K;	
  
Ø Microorganismos:	
  Lavar	
  e	
  centrifugar	
  em	
  tampão	
  PBS	
  1X	
  antes	
  
da	
  digestão	
  em	
  tampão	
  de	
  extração	
  (Tris-­‐EDTA,	
  SDS,	
  NaCl,	
  	
  e	
  
proteinase	
  K);	
  
Extração	
  Orgânica	
  de	
  DNA	
  
•  Fenol:	
  desnaturação	
  das	
  proteínas	
  de	
  maneira	
  eficiente,	
  
remove	
  as	
  partes	
  orgânicas;	
  
•  Fenol:Clorofórmio:	
  eficiente	
  para	
  desproteinizar	
  e	
  sua	
  ação	
  
se	
  fundamenta	
  na	
  propriedade	
  hidrofóbica	
  das	
  proteínas	
  que	
  
apresentam	
  afinidade	
  por	
  solventes	
  orgânicos;	
  
•  Clorofórmio:	
  reJra	
  resíduos	
  de	
  fenol;	
  	
  
Extração	
  Orgânica	
  de	
  RNA	
  
•  A	
  principal	
  preocupação	
  na	
  extração	
  de	
  RNA	
  consiste	
  na	
  sua	
  
degradação	
  por	
  ribonucleases	
  (RNAses),	
  que	
  são	
  enzimas	
  
extremamente	
  resistentes	
  a	
  vários	
  tratamentos,	
  inclusive	
  
térmicos	
  (fervura,	
  autoclavagem	
  etc.);	
  	
  
•  DEPC	
  (dieJlpirocarbonato):	
  diminuir	
  a	
  contaminação	
  com	
  
RNAses	
  das	
  soluções,	
  equipamentos,	
  vidrarias	
  e	
  reagentes;	
  
Bons	
  cuidados:	
  pipetas,	
  vidraria,	
  luvas.	
  	
  
•  Extração	
  usa:	
  TRIZOL	
  consiste	
  num	
  reagente	
  pronto	
  para	
  o	
  
uso	
  no	
  isolamento	
  de	
  RNA	
  total	
  de	
  células	
  e	
  tecidos;	
  	
  
•  DNAse	
  I;	
  O	
  RNA	
  total	
  é	
  livre	
  de	
  contaminações	
  por	
  DNA	
  ou	
  
proteínas	
  	
  
Extração	
  de	
  DNA	
  em	
  amostras	
  forenses	
  
•  Tipos	
  de	
  amostra	
  de	
  DNA	
  
Ø Sangue/saliva,	
  Urina	
  
Ø Sêmen	
  
Ø Tecido	
  
Ø Osso	
  	
  
Ø Cabelo	
  
Ø Marcas	
  e	
  pontas	
  de	
  cigarro;	
  
Ø Impressões	
  em	
  armas	
  de	
  fogo;	
  
Coleta	
  e	
  Preservação	
  de	
  Evidencias	
  de	
  DNA	
  
•  Antes	
  de	
  qualquer	
  coleta;	
  	
  
Ø Anotações,	
  rotular,	
  fotografias;	
  
•  Uso	
  de	
  Luvas	
  de	
  látex!!	
  
•  Não	
  sacolas	
  de	
  plásJco!!	
  	
  Sacos	
  de	
  papel	
  ou	
  mini-­‐sacolas	
  
com	
  boa	
  circulação	
  de	
  ar;	
  
	
  
•  Luz	
  e	
  calor	
  são	
  inimigos	
  dos	
  DNA!	
  	
  Refrigerar	
  amostras.	
  
Coleta	
  e	
  Referência	
  de	
  DNA	
  
•  Swab	
  Bucal	
  
Exemplo	
  de	
  extração	
  de	
  DNA	
  em	
  resíduos	
  
de	
  sangue	
  
•  Mancha de sangue (3mm x 3mm)
colocada em microtubo 2mL;
1.  Acrescentar tampão de extração:
(10mMTris,0,1MNaCl, 40mM DTT, 10mM
EDTA, 2% SDS);
2.  Sais e detergentes ajudam solubilizar os
componentes da célula; DTT reduz e
quebra ligações disulfeto (entre cisteínas
na proteína);
3.  Digerir proteínas com proteinase K
Extracão	
  de	
  DNA	
  
7)  Proteínas	
  são	
  separadas	
  na	
  
interfase;	
  
8)  Fase	
  aquosa	
  é	
  removida	
  e	
  o	
  
DNA	
  isolado	
  por	
  	
  
microcolunas	
  (microcon)	
  	
  ou	
  
precipitação	
  em	
  etanol;	
  
9)  Estocagem	
  em	
  água	
  ou	
  
tampão	
  TE;	
  
4.  Fenol/Clorofórmio/Álcool	
  isoamílico	
  (25/24/1)	
  
até	
  formar	
  uma	
  solução	
  turva;	
  
5.  Centrifugar	
  até	
  formar	
  duas	
  fases	
  (13000rpm);	
  
6.  Fase	
  aquosa	
  conterá	
  DNA-­‐proteínas,	
  lipídeos;	
  
e	
  outros	
  interferentes	
  hidrofóbicos	
  ficarão	
  na	
  
fase	
  orgânica;	
  
Fase aquosa (DNA)
Interfase (proteínas)
Fase Orgânica
(lipídeos)
Extracão	
  em	
  Chelex®	
  100	
  
Ø Chelex	
  é	
  uma	
  resina	
  de	
  intercâmbio	
  caJônico	
  uJlizado	
  para	
  análise	
  
de	
  PCR.	
  Testes	
  demonstraram	
  ter	
  rendimento	
  elevado	
  em	
  6	
  X	
  do	
  que	
  
a	
  extração	
  fenol-­‐clorofórmio;	
  
Ø 	
  Procedimento	
  onde	
  não	
  são	
  realizadas	
  digestão	
  de	
  proteínas	
  e	
  
extração	
  de	
  DNA;	
  
Chelex	
  ®	
  100	
  
•  Resina	
  Chelex	
  é	
  um	
  copolímero	
  divinilbenzeno	
  esJreno	
  
contendo	
  pares	
  iônicos	
  iminodiacetatos;	
  
• 	
  	
  SeleJvidade	
  por	
  cáJons	
  divalentes	
  são	
  muito	
  mais	
  altos	
  do	
  
que	
  cáJons	
  monovalentes	
  (~5000	
  a	
  1);	
  
• 	
  	
  Suspensão	
  5%	
  tem	
  pH	
  entre	
  10	
  e	
  11.	
  	
  
Vantagens	
  do	
  Chelex:	
  
• Processo	
  simples	
  realizado	
  só	
  em	
  um	
  microtubo;	
  
• Combinação	
  de	
  suspensão	
  alcalina	
  e	
  ebulição	
  quebra	
  a	
  membrana	
  
celular	
  liberando	
  o	
  DNA;	
  
• Os	
  metais	
  fortemente	
  quelantes	
  os	
  removem	
  da	
  suspensão	
  celular	
  .	
  
Removendo	
  inibidores	
  hemo	
  e	
  também	
  outros	
  cá2ons	
  divalentes,	
  os	
  
quais	
  catalisam	
  a	
  quebra	
  enzimá2ca;
Extracão	
  Chelex	
  
Procedimento:	
  
1. Amostra	
  (sangue)	
  suspendida	
  em	
  Chelex	
  5%	
  e	
  incubar	
  por	
  30min	
  a	
  56	
  °C;	
  
2. Levar	
  a	
  ebulição	
  por	
  8min,	
  este	
  procedimento	
  lisa	
  as	
  células	
  e	
  precipita	
  
hemoglobina;	
  
3. Centrifugar	
  amostra,	
  e	
  uma	
  alíquota	
  do	
  sobrenadante	
  é	
  uJlizada	
  para	
  
analise	
  de	
  PCR,	
  
4. As	
  esferas	
  de	
  intercambio	
  iônico,	
  proteínas	
  desnaturadas	
  e	
  outros	
  
interferentes	
  serão	
  precipitados.	
  
Suspensão	
  de	
  Chelex	
   Ebulição	
  de	
  amostra	
  em	
  Chelex	
  
Método	
  de	
  Extração	
  em	
  Fase	
  Solida	
  
•  Esferas	
  de	
  vidro	
  ou	
  sílica	
  inseridas	
  
em	
  membranas	
  
Ø IsoJocianato	
  de	
  guanidina	
  e	
  Cl-­‐,	
  	
  NaI	
  
ou	
  NaClO4	
  
Ø Altas	
  concentrações	
  são	
  usadas	
  sob	
  
condições	
  ácidas	
  para	
  quebrar	
  
ligações	
  entre	
  	
  moléculas	
  de	
  água	
  &	
  
DNA;	
  
Ø O	
  DNA	
  é	
  absorvido	
  no	
  vidro	
  ou	
  
membrana;	
  	
  
Ø Teor	
  do	
  sal	
  é	
  reduzido	
  ,	
  e	
  em	
  meio	
  
alcalino,	
  o	
  DNA	
  é	
  liberado	
  	
  do	
  vidro	
  	
  
e	
  se	
  tornando	
  negaJvo;	
  
Membrana	
  de	
  sílica	
  
Separação	
  de	
  DNA	
  por	
  Adsorção	
  em	
  Sílica	
  
Mecanismo de adsorção de DNA em sílica
Extração	
  AutomaJzada	
  de	
  DNA	
  
•  Nova	
  tecnologia	
  com	
  parLculas	
  magnéJcas	
  (DNA	
  IQ®	
  
Promega)	
  para	
  amostras	
  forenses;	
  
•  Lise	
  de	
  células	
  com	
  agentes	
  caotrópicos;	
  
•  DNA	
  se	
  liga	
  à	
  super~cie	
  de	
  parLculas	
  magnéJcas	
  de	
  sílica;	
  
•  Separação	
  do	
  lisado	
  via	
  magnéJca;	
  
•  Lavagem;	
  
•  Liberação	
  do	
  DNA	
  das	
  parLculas	
  magnéJcas;	
  
•  Eluição;	
  
DisposiJvos	
  DNA	
  IQ®	
  (Promega)	
  
DNA	
  IQ®:	
  Maxwell™	
  16	
  
pH < 6.5
+ +
H2O
Lavagem
pH > 8.5
ChargeSwitch™ Purificação
-
Extração	
  com	
  ChargeSwitch®	
  (Invitrogen)	
  
•  Ácido	
  nucléico	
  ionizado	
  se	
  liga	
  a	
  esferas	
  magnéJcas;	
  
•  Carga	
  é	
  trocada	
  via	
  o	
  pH	
  do	
  meio;	
  
•  Três	
  passos	
  	
  do	
  processo:	
  ligação,	
  lavagem,	
  eluição;	
  
•  Reagentes	
  aquosos;	
  
ChargeSwitch®	
  
Purificação de DNA utilizando kit forense iPrep™ ChargeSwitch
ChargeSwitch®:	
  iPrep™	
  
Comparações	
  
•  Maxwell	
  16	
  
Ø 1-­‐16	
  amostras	
  
Ø Equipamento:	
  $24.500	
  
Ø $5	
  por	
  amostra	
  
Ø 30-­‐45	
  min	
  
Ø Não	
  manipulação	
  de	
  
líquidos	
  
Ø Preparação	
  de	
  amostra	
  
Ø Sais	
  caotrópicas	
  	
  
•  iPrep	
  
Ø 1-­‐13	
  amostras	
  
Ø Equipamento:	
  $29.500	
  
Ø $5,62	
  por	
  amostra	
  
Ø 20	
  min	
  
Ø Manipulação	
  de	
  líquidos	
  
Ø Pouca	
  preparação	
  de	
  
amostra	
  
Ø Reagentes	
  baseados	
  em	
  
água	
  
http://www.fabcousa.net/catalog/rapekit.htm
Swab Vaginal
Extração	
  Diferencial:	
  Swab	
  vaginal	
  /	
  resíduos	
  
de	
  sêmem	
  
Células epiteliais e espermatozóides
Proteinase	
  K	
  
SDS	
  
Incubar	
  
Ø Amostra	
  swab	
  é	
  removido	
  e	
  colocado	
  em	
  um	
  microtubo;	
  
1. Sais,	
  tampão,	
  EDTA	
  e	
  detergente	
  SDS	
  (dodecil	
  sulfato	
  de	
  sódio)	
  
são	
  acrescentados	
  para	
  digestão;	
  
2. Incubar	
  com	
  Proteinase	
  K	
  a	
  37	
  °C	
  por	
  2	
  h;	
  
3. Centrifugar	
  com	
  um	
  filtro	
  em	
  formato	
  de	
  cesto	
  inserido	
  no	
  
microtubo,	
  e	
  depois	
  remover	
  o	
  swab;	
  	
  
Centrifugar	
  
Separar	
  
Lavar	
  o	
  pellet	
  de	
  esperma	
  
Fração de célula de sêmem
DNA de células epiteliais
4.  Remover	
  cuidadosamente	
  o	
  sobrenadante	
  deixando	
  qualquer	
  
material	
  pellet	
  no	
  microtubo;	
  
§ 	
  A	
  solução	
  sobrenadante	
  é	
  a	
  fração	
  feminina;	
  
§ 	
  O	
  pellet	
  precipitado	
  no	
  tubo	
  será	
  as	
  células	
  de	
  esperma;	
  
5.  Lavar	
  o	
  pellet	
  e	
  ressuspender	
  em	
  tampão	
  (10mM	
  Tris-­‐EDTA,	
  
50mM	
  NaCl	
  e	
  SDS	
  2%;	
  
6.  Agitar,	
  centrifugar	
  e	
  lavar	
  o	
  pellet	
  4X;	
  
DTT	
  
Proteinase	
  K	
  
SDS	
  
Incubar	
  
Fração	
  de	
  células	
  de	
  sêmem	
  
7.  Digerir	
  as	
  paredes	
  das	
  células	
  de	
  espermatozóides	
  no	
  tampão:	
  
Tris-­‐EDTA,	
  NaCl,	
  SDS,	
  DTT	
  (quebra	
  as	
  proteínas	
  com	
  grupos	
  
disulfeto,	
  comum	
  em	
  parede	
  celular	
  de	
  esperma)	
  e	
  Proteinase	
  K;	
  
8.  Agitar	
  vigorosamente	
  e	
  centrifugar;	
  
9.  Incubar	
  novamente	
  o	
  pellet	
  no	
  tampão	
  a	
  37	
  °C	
  por	
  2-­‐5	
  h;	
  
DNA	
  de	
  sêmem	
  
 
Separação	
  Microfluídica	
  de	
  células	
  de	
  esperma	
  
(Técnica	
  futura)	
  
	
  
Células epiteliais são separadas e filtradas antes do teste
http://pubs.acs.org/cgi-bin/jcen?ancham/asap/html/ac0486239.html
Separação	
  de	
  Células	
  em	
  disposiJvos	
  
microfabricados	
  
Esperma mobilizado depois de 5min. Fluxo (1µL/h) induzido por 5µL tampão
PBS. Microcanal (2,5 cm × 50 µm × 90 µm). A micrografía de processo de
separação. B tempo de separação das células dentro e fora dos reservatórios e
microcanal.
QuanJficação	
  de	
  DNA	
  
•  Qualidade	
  da	
  Extração	
  (espectrofotômetro);	
  
Ø Determinação	
  da	
  quanJdade	
  de	
  DNA	
  extraído;	
  
Ø NucleoLdeos	
  podem	
  ser	
  detectado	
  por	
  espectrofotometria	
  
260nm;	
  
Ø Razão	
  260/280;	
  para	
  esJmar	
  a	
  contaminação	
  de	
  proteínas;	
  
Ø 1,7	
  a	
  2,0	
  amostra	
  de	
  DNA	
  com	
  pureza	
  adequada.	
  Valores	
  inferiores	
  
indica	
  contaminação	
  com	
  proteína.	
  Um	
  valor	
  superior	
  indica	
  
contaminação	
  com	
  RNA;	
  
Separação	
  de	
  DNA	
  
• 	
  	
  Eletroforese:	
  
	
  
Ø 	
  É	
  um	
  método	
  simples	
  e	
  muito	
  eficiente	
  para	
  separar	
  para	
  
idenJficar	
  e	
  para	
  purificar	
  fragmentos	
  de	
  DNA,	
  RNA	
  e	
  de	
  proteínas;	
  
Ø 	
  Ela	
  consiste	
  na	
  	
  separação	
  de	
  moléculas	
  ionizadas	
  	
  de	
  acordo	
  
com	
  sua	
  carga	
  elétrica	
  e	
  seu	
  peso	
  molecular;	
  
Ø 	
  Moléculas	
  com	
  carga	
  negaJva	
  migram	
  para	
  o	
  pólo	
  posiJvo	
  e	
  
moléculas	
  com	
  carga	
  posiJva	
  migram	
  para	
  o	
  pólo	
  negaJvo;
Eletroforese	
  
Existem	
  dois	
  modelos	
  básicos	
  de	
  eletroforese	
  para	
  
separação	
  de	
  DNA:	
  
Gel	
  de	
  Poliacrilamida	
  
Gel	
  de	
  Agarose	
  
Eletroforese	
  
Fatores	
  que	
  afetam	
  a	
  migração	
  de	
  fragmento	
  de	
  DNA	
  
em	
  géis:	
  
Ø Tamanho	
  do	
  DNA;	
  
	
  
Ø Concentração;	
  
	
  
Ø Conformação	
  do	
  DNA;	
  
Eletroforese	
  em	
  gel	
  de	
  Agarose	
  
• 	
  	
  	
  Ágar-­‐ágar	
  (ágar	
  ou	
  agarose);	
  
• 	
  	
  	
  É	
  um	
  hidrocolóide	
  componente	
  da	
  parede	
  celular,	
  extraído	
  de	
  
diversas	
  algas	
  marinhas	
  vermelhas	
  da	
  classe	
  Rodophyta;	
  
• 	
  	
  	
  Insolúvel	
  em	
  água	
  fria,	
  dissolve	
  em	
  água	
  quente	
  formando	
  um	
  gel	
  
não	
  absorvível	
  e	
  não	
  fermentável;	
  
• 	
  	
  	
  Concentrações	
  de	
  0,5%	
  -­‐	
  2,5%;	
  
• 	
  	
  	
  Diluídos	
  no	
  tampão	
  TBE	
  ou	
  TAE	
  (Tris-­‐borato	
  EDTA	
  ou	
  Tris-­‐acetato	
  
EDTA	
  
Separação	
  de	
  Fragmentos	
  de	
  DNA	
  
Eletroforese	
  em	
  gel	
  de	
  Poliacrilamida	
  
• 	
  UJlizado	
  para	
  DNA,	
  RNA	
  e	
  Proteínas;	
  
• 	
  	
  Composto	
  por	
  Acrilamida	
  e	
  Bisacrilamida;	
  
Marcador	
  de	
  migração:	
  
(Glicerol,	
  ficol,	
  azul	
  de	
  bromofenol)	
  aumentar	
  a	
  densidade	
  da	
  amostra,	
  
adiciona	
  cor	
  às	
  amostras	
  e	
  permite	
  acompanhar	
  a	
  corrida;	
  
	
  
Brometo	
  de	
  EYdeo:	
  
§ 	
  Intercala	
  entre	
  as	
  fitas	
  de	
  ácidos	
  nucléicos;	
  
§ 	
  Fluorescente	
  na	
  luz	
  ultravioleta;	
  
	
  
Prata:	
  
Maior	
  sensibilidade	
  
DNA	
  de	
  marcadores	
  
moleculares	
  
DNA	
  genômicos	
  e	
  DNA	
  
genômico	
  degradado	
  
1,6:	
  Marcador	
  DNA	
  10Kbp;	
  
2,4:	
  	
  DNA	
  plasmideo	
  não	
  
digerido;	
  
3,5:	
  DNA	
  plasmideo	
  digerido	
  
com	
  enzimas	
  de	
  restrição	
  
QUANTIFICAÇÃO	
  E	
  DETECÇÃO	
  DO	
  RNA	
  
•  Espectrofotometria	
  a	
  A260nm/	
  A	
  280nm	
  	
  (1,8	
  –	
  1,9);	
  
• 	
  	
  RNA	
  total	
  íntegro:	
  eletroforese	
  em	
  gel	
  de	
  agarose;	
  
23S
16S
	
  Eletroforese	
  em	
  gel	
  de	
  agarose	
  
Aplicações	
  de	
  Análise	
  de	
  IdenJdade	
  
Humana	
  
• 	
  	
  Resolver	
  crime:	
  estabelecer	
  compa2bilidade	
  entre	
  suspeito	
  
e	
  evidencia..	
  
• 	
  	
  ViJmas	
  de	
  Acidentes–	
  acidente	
  de	
  avião…	
  
• 	
  	
  Soldados	
  da	
  guerra	
  –	
  quem	
  é	
  o	
  soldado	
  “desconhecido”…	
  
• 	
  	
  Provas	
  de	
  Paternidade	
  –	
  quem	
  é	
  o	
  pai	
  …	
  
• 	
  	
  Reclamação	
  	
  de	
  herança–	
  quem	
  obtém	
  o	
  dinheiro	
  …	
  
• 	
  	
  InvesJgações	
  de	
  pessoas	
  	
  desaparecidas	
  –	
  de	
  quem	
  é	
  o	
  
corpo…	
  
• 	
  	
  Base	
  de	
  dados	
  de	
  ofensores	
  convictos	
  –	
  resolver	
  casos	
  
arquivados	
  
Como	
  é	
  realizada	
  a	
  análise	
  de	
  DNA?	
  
Comparar
perfis genéticos
de possíveis
pessoas
Extração/Purificação
DNA
Material
Biológico
Quantificação
DNA
Amplificação/
PCR
Separação e
Detecção
Determinação
Genotípica
Processo	
  de	
  Tipagem	
  de	
  DNA	
  via	
  PCR	
  
Conceitos	
  Básicos	
  
PCR	
  (reação	
  em	
  cadeia	
  da	
  polimerase)	
  –	
  método	
  de	
  amplificar	
  
regiões	
  específicas	
  do	
  genoma	
  –	
  desde	
  1	
  até	
  mais	
  de	
  um	
  bilhão	
  de	
  
cópias	
  em	
  2-­‐3	
  horas;	
  
	
  
Locus:	
  região	
  do	
  genoma	
  a	
  ser	
  examinada;	
  
	
  
Alelo:	
  é	
  o	
  estado	
  de	
  variação	
  genéJca	
  sendo	
  examinada;	
  
	
  STRs	
  =	
  repeJções	
  curtas	
  consecuJvas;	
  	
  
	
  SNPs	
  =	
  seqüência	
  de	
  bases	
  no	
  lugar;	
  
	
  
Cromossomos	
  são	
  pareados	
  por	
  tanto:	
  
Homozigoto	
  –	
  Alelos	
  são	
  idênJcos	
  em	
  cada	
  cromossomo	
  
Heterozigoto	
  -­‐	
  Alelos	
  diferentes	
  em	
  cada	
  cromossomo	
  
Replicação	
  DNA	
  
•  Polymerase	
  Chain	
  ReacJon	
  (PCR)	
  
Ø 	
  Uma	
  técnica	
  para	
  replicação	
  o	
  copia	
  de	
  uma	
  porção	
  
de	
  uma	
  fita	
  de	
  DNA	
  .	
  Esta	
  técnica	
  produz	
  milhões	
  de	
  
copias	
  da	
  fita	
  de	
  DNA.	
  
Kary Mullis, inventor da PCR
Premio Nobel em Química,
1993
Reação	
  em	
  Cadeia	
  da	
  Polimerase	
  
•  PCR	
  Mix:	
  
§  DNA	
  alvo	
  
§  dNTPs	
  
§  Primers	
  
§  Taq	
  DNA	
  polimerase	
  
•  Termociclador	
  
§  Desnaturação	
  (92	
  °C)	
  
§  Pareamento	
  de	
  primers	
  (55	
  °C)	
  
§  Extensão	
  da	
  fita	
  (72	
  °C)	
  
•  Envolve	
  síntese	
  enzimáJca	
  de	
  várias	
  cópias	
  de	
  DNA;	
  
•  UJliza	
  um	
  par	
  de	
  primers	
  e	
  enzima	
  Taq-­‐DNA	
  polimerase.	
  
Reação	
  em	
  Cadeia	
  da	
  Polimerase	
  (PCR)	
  
Mul2plex	
  PCR	
  
•  Aproximadamente	
  10	
  
marcadores	
  podem	
  ser	
  
copiados	
  ao	
  mesmo	
  tempo;	
  
•  Sensibilidade	
  a	
  níveis	
  
menores	
  de	
  1	
  ng	
  de	
  DNA;	
  
•  Habilidade	
  para	
  manipular	
  
amostras	
  misturadas	
  e	
  
degradadas;	
  
•  Diferentes	
  corantes	
  
Fluorescentes	
  para	
  disJnguir	
  
alelos	
  STR;	
  
Short	
  Tandem	
  Repeats	
  (STRs)	
  
RepeJções	
  curtas	
  consecuJvas	
  pode	
  variar	
  entre	
  os	
  indivíduos	
  
AATG
7 repetições
8 repetições
AATG AATG
Posição dos primers define o tamanho do produto
Corante
Fluorescente
Marcador	
  STR	
  uJlizado	
  em	
  Tipagem	
  de	
  DNA	
  
Ø  Produtos	
  de	
  tamanho	
  pequeno	
  são	
  geralmente	
  compaJveis	
  com	
  
DNA	
  degradado	
  e	
  a	
  PCR	
  permite	
  a	
  recuperação	
  da	
  informação	
  de	
  
mínimas	
  quanJdade	
  de	
  material;	
  
Ø  Amplificação	
  “mulJplex’”	
  com	
  detecção	
  por	
  fluorescência	
  
permite	
  um	
  alto	
  poder	
  de	
  discriminação	
  em	
  uma	
  só	
  prova;	
  
Ø  Disponíveis	
  	
  comercialmente	
  kit	
  de	
  STR	
  de	
  fácil	
  manipulação;	
  
Ø  Grupo	
  uniforme	
  de	
  STRs	
  fornece	
  a	
  capacidade	
  para	
  comparJlhar	
  
através	
  de	
  base	
  de	
  dados,	
  perfis	
  criminais	
  de	
  DNA	
  a	
  nível	
  nacional	
  
e	
  internacional;	
  
Posições	
  de	
  Marcadores	
  Forenses	
  
de	
  STR	
  em	
  Cromossomos	
  Humanos	
  
O	
  FBI	
  tem	
  selecionado	
  13	
  locus	
  de	
  STR	
  os	
  quais	
  devem	
  ser	
  corridos	
  em	
  
toda	
  análise	
  de	
  DNA	
  para	
  poder	
  fornecer	
  um	
  sistema	
  comum	
  de	
  perfis	
  
de	
  DNA	
  
Slide courtesy of Jim Schumm, Bode Technology Group
P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 P
Avaliação	
  de	
  Marcador	
  Penta	
  nucleoLdeo	
  (altamente	
  heterozigoto	
  
em	
  24	
  amostras	
  de	
  diferentes	
  indivíduos)	
  
Resultado	
  de	
  STR	
  MulJplex	
  no	
  ABI	
  310	
  CE	
  
(ABI	
  COfiler	
  kit)	
  
D3S1358
D16S539
amelogenin
TH01
TPOX
CSF1PO
D7S820
GS350-ROX
Padrões	
  de	
  Marcadores	
  alélicos	
  de	
  STRs	
  	
  
GenoJpagem	
  STR	
  	
  é	
  realizada	
  por	
  comparação	
  de	
  
uma	
  amostra	
  e	
  um	
  marcador	
  de	
  tamanho	
  alélico	
  
gender
ID
A
B
C
D
E
F
G
H I
J
gender
ID
A
B C D
E
F
G
H
I
J
DNA Size (base pairs)
Análise	
  simultâneo	
  de	
  11	
  STRs	
  
DNA Mulher
DNA Homem
D3S1358 vWA FGA
suspect
Victim
Crime Scene
Victim
Suspect
Scene
Análise de Misturas com Marcadores STR
Promega	
  Powerplex	
  16	
  
← 5 loci
← 6 loci
← 5 loci
← Padrão
← interno
Power of discrimination = 1/1017
AMEL
D3
TH01 TPOX
Penta D
Penta E
FGAD21 D18
CSF
D16
D7
D13D5
VWA D8
PCR com kit STR Fluorescene Separação/CE
Análise	
  STR	
  de	
  DNA	
  Humano	
  
Genotipagem por Comparação a padrão alélico
 
Amplificação	
  STR	
  de	
  DNA	
  naturalmente	
  Degradados	
  
	
  
Recuperação	
  de	
  perfis	
  de	
  DNA	
  de	
  restos	
  humanos	
  deixados	
  na	
  super~cie	
  (University	
  of	
  
Tennessee’s	
  Forensic	
  Anthropology	
  Center).	
  Amostras	
  amplificadas	
  com	
  PowerPlex	
  16.	
  
Comparação	
  de	
  STR	
  na	
  degradação	
  de	
  DNA	
  (PowerPlex16	
  kit)	
  
DNA	
  Control	
  500pg	
  
DNA	
  500pg	
  /	
  DNAseI	
  	
  
DNA	
  500pg	
  /	
  H2O2	
  
 
Amplificação	
  STR	
  de	
  DNA	
  Oxidados	
  
	
  
Comparações	
   de	
   amostra	
   de	
   DNA	
   de	
   sangue	
   oxidados.	
   Amostras	
   foram	
   amplificadas	
   com	
  
PowerPlex	
  16	
  kit.	
  Produtos	
  de	
  DNA	
  de	
  sangue,	
  DNA	
  de	
  sangue	
  oxidado	
  com	
  1%	
  H2O2	
  	
  	
  por18h	
  e	
  
DNA	
  de	
  sangue	
  oxidado	
  com	
  NaClO	
  0,5%	
  em	
  200pg	
  DNA.	
  

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  • 1. Isolamento  DNA  e  Análises  Gené2cas   Agradecimento  Especial:  Maribel  Funes-­‐Huacca,  PhD   CFBio  –  Isol.  &  Pur.  Biomoleculas  
  • 2. Tipos  de  DNA   •  Eucariontes;   Ø DNA  nuclear;   Ø DNA  mitocondrial;   Ø DNA  cloroplasto;   •  Procariontes;   Ø DNA  bacterial;   Ø DNA  plasmidial;  
  • 3.  Estrutura  de  DNA        •  DNA  =  Acido  Desoxyrribonucleico   •  Carrega  informação  genética   •  Presente  ao  longo  do   cromossomo   •  Hélice  Dupla  fita   •  ConsJtuído  de  nucleoLdeos   •  Molécula  açúcar   •  Grupo  fosfato   •  Base  nitrogenada  
  • 4. Alfabeto  do  DNA   Quatro  Bases:      A  =  Adenina        G  =  Guanina        C  =  Citosina        T  =  Timina   Pares  de  bases  complementares:      A  =  T      G  ≡  C  
  • 5. DNA  Mitocondrial   •  Mitocôndria     –  Localizada  for  a  do  núcleo;   –  >100,000  em  cada  célula;     •  mtDNA  análise   –  Quando  o  DNA  nuclear  não  é  disponível;   –  Mais  sensível,  maior  tempo  de  análise  e  custo;   –  Duas  regiões  altamente  variáveis  são  analisadas:   •  HV1  e  HV2      
  • 6. mtDNA   Vantagem:  UJliza  pequenas  quanJdades  de  DNA  existe  tanto     mtDNA  quanto  mais  do  que  uma  cópia  por  célula;   Desvantagens:  Herança  Materna,  onde  a  mãe  e  todos  os  filhos   terão  perfis  próximos;  
  • 7. Degradação  de  DNA                Principal  ponto  de   degradação  (depurinação);                Degradação  oxidaJva;                Degradação  hidrolíJca;   •   Hidrólise  química;   •   Hidrólise  enzimáJca;   ü     Exonucleases  (terminais     5’,  3’);   ü     Endonucleases  (DNAse  I)  
  • 8. ESTRUTURA  DO  RNA   Ø     Fita  única  de    ácido  ribonucléico.   Ø     As  unidades  monoméricas  são  consJtuídas  de:   •     Uma  base:  Adenina,  Citosina,  Guanina  e    URACILA;   •     Um  açúcar:  RIBOSE;   •     Um  grupo  fosfato.  
  • 10. Fundamentos  de  Extração  de  DNA   •  Aplicações  de  DNA     Ø   DiagnósJco;   Ø   Medicina  (estudo  de  câncer;  idenJficação  doenças);   Ø   Processos  evoluJvos  (filogenias,  estudos  populacionais);   Ø   Genoma;   Ø   InvesJgações  forenses,  paternidade  
  • 11. Extração  de  DNA   •  Passos  principais:     Ø  Lise  das  membranas  plasmáJcas  e  nucleares;   Ø  Degradação  de  proteínas;   Ø  Purificação  do  DNA  
  • 12. Extração  de  DNA   •  Lise  de  membranas  e  degradação  de  proteínas   Ø A  lise  é  através  de  tampão  de  extração,  contendo  SDS,   EDTA,  DTT,  e  mais  agentes  tamponantes.  O  uso  da   Proteinase  K  para  degradação  das  Proteínas  (rapidamente   inaJva  as  nucleases,  que  degradam  o  DNA);   Ø   A  membrana  é  solubilizada  por  agentes  que  rompam   associações  hidrofóbicas,  destruindo  a  bicamada  lipídica  e   desnaturando  as  proteínas;  
  • 13. Extração  de  DNA   •  Extração  em  solventes  orgânicos;   •  Purificação  de  DNA  (eliminação  de  resíduos   orgânicos);   Molécula  de  DNA  não  é  solúvel  em  álcool  (isopropanol  ou  etanol),   precipitando  em  meio  alcoólico  e  peleJzado  por  centrifugação;   Ressuspenção  de  DNA  em  tampão  pH=7,4,  contendo  RNAse  para   degradar  o  RNA;   •  Conservação  de  DNA   Estocagem  de  DNA  a  temperaturas  menores  de  -­‐20  °C,  evitando   descongelamentos  sucessivos;  
  • 14. Métodos  de  Extração   •  Fenol  /  clorofórmio;   •  Chelex;   •  IsoJocianato  de  Guanidina;   •  Minicolumnas  ;   •  Kits  Comerciais  com  sílica;          
  • 15. Extração  de  DNA   •  Pre-­‐tratamento  de  Amostras:   Ø Material  Vegetal  (calos,  folha,  plântula):  trituração  em  N2   liquido,  digestão  em  tampão  CTAB,  β-­‐mercaptoetanol,  EDTA;   Ø Tecido  animal  e  fluído  biológico:  digestão  em  tampão  Tris-­‐EDTA,   SDS,  NaCl,  DTT  e  proteinase  K;   Ø Osso  e  dente:  trituração  em  N2  liquido,  descalcificação  e   lavagem  com  EDTA  0,5M,  digestão  em  SDS,  NaCl,  DTT  e   proteinase  K;   Ø Microorganismos:  Lavar  e  centrifugar  em  tampão  PBS  1X  antes   da  digestão  em  tampão  de  extração  (Tris-­‐EDTA,  SDS,  NaCl,    e   proteinase  K);  
  • 16. Extração  Orgânica  de  DNA   •  Fenol:  desnaturação  das  proteínas  de  maneira  eficiente,   remove  as  partes  orgânicas;   •  Fenol:Clorofórmio:  eficiente  para  desproteinizar  e  sua  ação   se  fundamenta  na  propriedade  hidrofóbica  das  proteínas  que   apresentam  afinidade  por  solventes  orgânicos;   •  Clorofórmio:  reJra  resíduos  de  fenol;    
  • 17. Extração  Orgânica  de  RNA   •  A  principal  preocupação  na  extração  de  RNA  consiste  na  sua   degradação  por  ribonucleases  (RNAses),  que  são  enzimas   extremamente  resistentes  a  vários  tratamentos,  inclusive   térmicos  (fervura,  autoclavagem  etc.);     •  DEPC  (dieJlpirocarbonato):  diminuir  a  contaminação  com   RNAses  das  soluções,  equipamentos,  vidrarias  e  reagentes;   Bons  cuidados:  pipetas,  vidraria,  luvas.     •  Extração  usa:  TRIZOL  consiste  num  reagente  pronto  para  o   uso  no  isolamento  de  RNA  total  de  células  e  tecidos;     •  DNAse  I;  O  RNA  total  é  livre  de  contaminações  por  DNA  ou   proteínas    
  • 18. Extração  de  DNA  em  amostras  forenses   •  Tipos  de  amostra  de  DNA   Ø Sangue/saliva,  Urina   Ø Sêmen   Ø Tecido   Ø Osso     Ø Cabelo   Ø Marcas  e  pontas  de  cigarro;   Ø Impressões  em  armas  de  fogo;  
  • 19. Coleta  e  Preservação  de  Evidencias  de  DNA   •  Antes  de  qualquer  coleta;     Ø Anotações,  rotular,  fotografias;   •  Uso  de  Luvas  de  látex!!   •  Não  sacolas  de  plásJco!!    Sacos  de  papel  ou  mini-­‐sacolas   com  boa  circulação  de  ar;     •  Luz  e  calor  são  inimigos  dos  DNA!    Refrigerar  amostras.  
  • 20. Coleta  e  Referência  de  DNA   •  Swab  Bucal  
  • 21. Exemplo  de  extração  de  DNA  em  resíduos   de  sangue   •  Mancha de sangue (3mm x 3mm) colocada em microtubo 2mL; 1.  Acrescentar tampão de extração: (10mMTris,0,1MNaCl, 40mM DTT, 10mM EDTA, 2% SDS); 2.  Sais e detergentes ajudam solubilizar os componentes da célula; DTT reduz e quebra ligações disulfeto (entre cisteínas na proteína); 3.  Digerir proteínas com proteinase K
  • 22. Extracão  de  DNA   7)  Proteínas  são  separadas  na   interfase;   8)  Fase  aquosa  é  removida  e  o   DNA  isolado  por     microcolunas  (microcon)    ou   precipitação  em  etanol;   9)  Estocagem  em  água  ou   tampão  TE;   4.  Fenol/Clorofórmio/Álcool  isoamílico  (25/24/1)   até  formar  uma  solução  turva;   5.  Centrifugar  até  formar  duas  fases  (13000rpm);   6.  Fase  aquosa  conterá  DNA-­‐proteínas,  lipídeos;   e  outros  interferentes  hidrofóbicos  ficarão  na   fase  orgânica;   Fase aquosa (DNA) Interfase (proteínas) Fase Orgânica (lipídeos)
  • 23. Extracão  em  Chelex®  100   Ø Chelex  é  uma  resina  de  intercâmbio  caJônico  uJlizado  para  análise   de  PCR.  Testes  demonstraram  ter  rendimento  elevado  em  6  X  do  que   a  extração  fenol-­‐clorofórmio;   Ø   Procedimento  onde  não  são  realizadas  digestão  de  proteínas  e   extração  de  DNA;  
  • 24. Chelex  ®  100   •  Resina  Chelex  é  um  copolímero  divinilbenzeno  esJreno   contendo  pares  iônicos  iminodiacetatos;   •     SeleJvidade  por  cáJons  divalentes  são  muito  mais  altos  do   que  cáJons  monovalentes  (~5000  a  1);   •     Suspensão  5%  tem  pH  entre  10  e  11.    
  • 25. Vantagens  do  Chelex:   • Processo  simples  realizado  só  em  um  microtubo;   • Combinação  de  suspensão  alcalina  e  ebulição  quebra  a  membrana   celular  liberando  o  DNA;   • Os  metais  fortemente  quelantes  os  removem  da  suspensão  celular  .   Removendo  inibidores  hemo  e  também  outros  cá2ons  divalentes,  os   quais  catalisam  a  quebra  enzimá2ca;
  • 26. Extracão  Chelex   Procedimento:   1. Amostra  (sangue)  suspendida  em  Chelex  5%  e  incubar  por  30min  a  56  °C;   2. Levar  a  ebulição  por  8min,  este  procedimento  lisa  as  células  e  precipita   hemoglobina;   3. Centrifugar  amostra,  e  uma  alíquota  do  sobrenadante  é  uJlizada  para   analise  de  PCR,   4. As  esferas  de  intercambio  iônico,  proteínas  desnaturadas  e  outros   interferentes  serão  precipitados.   Suspensão  de  Chelex   Ebulição  de  amostra  em  Chelex  
  • 27. Método  de  Extração  em  Fase  Solida   •  Esferas  de  vidro  ou  sílica  inseridas   em  membranas   Ø IsoJocianato  de  guanidina  e  Cl-­‐,    NaI   ou  NaClO4   Ø Altas  concentrações  são  usadas  sob   condições  ácidas  para  quebrar   ligações  entre    moléculas  de  água  &   DNA;   Ø O  DNA  é  absorvido  no  vidro  ou   membrana;     Ø Teor  do  sal  é  reduzido  ,  e  em  meio   alcalino,  o  DNA  é  liberado    do  vidro     e  se  tornando  negaJvo;   Membrana  de  sílica  
  • 28. Separação  de  DNA  por  Adsorção  em  Sílica   Mecanismo de adsorção de DNA em sílica
  • 29. Extração  AutomaJzada  de  DNA   •  Nova  tecnologia  com  parLculas  magnéJcas  (DNA  IQ®   Promega)  para  amostras  forenses;   •  Lise  de  células  com  agentes  caotrópicos;   •  DNA  se  liga  à  super~cie  de  parLculas  magnéJcas  de  sílica;   •  Separação  do  lisado  via  magnéJca;   •  Lavagem;   •  Liberação  do  DNA  das  parLculas  magnéJcas;   •  Eluição;  
  • 30. DisposiJvos  DNA  IQ®  (Promega)  
  • 32. pH < 6.5 + + H2O Lavagem pH > 8.5 ChargeSwitch™ Purificação - Extração  com  ChargeSwitch®  (Invitrogen)   •  Ácido  nucléico  ionizado  se  liga  a  esferas  magnéJcas;   •  Carga  é  trocada  via  o  pH  do  meio;   •  Três  passos    do  processo:  ligação,  lavagem,  eluição;   •  Reagentes  aquosos;  
  • 33. ChargeSwitch®   Purificação de DNA utilizando kit forense iPrep™ ChargeSwitch
  • 35. Comparações   •  Maxwell  16   Ø 1-­‐16  amostras   Ø Equipamento:  $24.500   Ø $5  por  amostra   Ø 30-­‐45  min   Ø Não  manipulação  de   líquidos   Ø Preparação  de  amostra   Ø Sais  caotrópicas     •  iPrep   Ø 1-­‐13  amostras   Ø Equipamento:  $29.500   Ø $5,62  por  amostra   Ø 20  min   Ø Manipulação  de  líquidos   Ø Pouca  preparação  de   amostra   Ø Reagentes  baseados  em   água  
  • 36. http://www.fabcousa.net/catalog/rapekit.htm Swab Vaginal Extração  Diferencial:  Swab  vaginal  /  resíduos   de  sêmem   Células epiteliais e espermatozóides
  • 37. Proteinase  K   SDS   Incubar   Ø Amostra  swab  é  removido  e  colocado  em  um  microtubo;   1. Sais,  tampão,  EDTA  e  detergente  SDS  (dodecil  sulfato  de  sódio)   são  acrescentados  para  digestão;   2. Incubar  com  Proteinase  K  a  37  °C  por  2  h;   3. Centrifugar  com  um  filtro  em  formato  de  cesto  inserido  no   microtubo,  e  depois  remover  o  swab;    
  • 38. Centrifugar   Separar   Lavar  o  pellet  de  esperma   Fração de célula de sêmem DNA de células epiteliais 4.  Remover  cuidadosamente  o  sobrenadante  deixando  qualquer   material  pellet  no  microtubo;   §   A  solução  sobrenadante  é  a  fração  feminina;   §   O  pellet  precipitado  no  tubo  será  as  células  de  esperma;   5.  Lavar  o  pellet  e  ressuspender  em  tampão  (10mM  Tris-­‐EDTA,   50mM  NaCl  e  SDS  2%;   6.  Agitar,  centrifugar  e  lavar  o  pellet  4X;  
  • 39. DTT   Proteinase  K   SDS   Incubar   Fração  de  células  de  sêmem   7.  Digerir  as  paredes  das  células  de  espermatozóides  no  tampão:   Tris-­‐EDTA,  NaCl,  SDS,  DTT  (quebra  as  proteínas  com  grupos   disulfeto,  comum  em  parede  celular  de  esperma)  e  Proteinase  K;   8.  Agitar  vigorosamente  e  centrifugar;   9.  Incubar  novamente  o  pellet  no  tampão  a  37  °C  por  2-­‐5  h;   DNA  de  sêmem  
  • 40.   Separação  Microfluídica  de  células  de  esperma   (Técnica  futura)     Células epiteliais são separadas e filtradas antes do teste http://pubs.acs.org/cgi-bin/jcen?ancham/asap/html/ac0486239.html
  • 41. Separação  de  Células  em  disposiJvos   microfabricados   Esperma mobilizado depois de 5min. Fluxo (1µL/h) induzido por 5µL tampão PBS. Microcanal (2,5 cm × 50 µm × 90 µm). A micrografía de processo de separação. B tempo de separação das células dentro e fora dos reservatórios e microcanal.
  • 42. QuanJficação  de  DNA   •  Qualidade  da  Extração  (espectrofotômetro);   Ø Determinação  da  quanJdade  de  DNA  extraído;   Ø NucleoLdeos  podem  ser  detectado  por  espectrofotometria   260nm;   Ø Razão  260/280;  para  esJmar  a  contaminação  de  proteínas;   Ø 1,7  a  2,0  amostra  de  DNA  com  pureza  adequada.  Valores  inferiores   indica  contaminação  com  proteína.  Um  valor  superior  indica   contaminação  com  RNA;  
  • 43. Separação  de  DNA   •     Eletroforese:     Ø   É  um  método  simples  e  muito  eficiente  para  separar  para   idenJficar  e  para  purificar  fragmentos  de  DNA,  RNA  e  de  proteínas;   Ø   Ela  consiste  na    separação  de  moléculas  ionizadas    de  acordo   com  sua  carga  elétrica  e  seu  peso  molecular;   Ø   Moléculas  com  carga  negaJva  migram  para  o  pólo  posiJvo  e   moléculas  com  carga  posiJva  migram  para  o  pólo  negaJvo;
  • 44. Eletroforese   Existem  dois  modelos  básicos  de  eletroforese  para   separação  de  DNA:   Gel  de  Poliacrilamida   Gel  de  Agarose  
  • 45. Eletroforese   Fatores  que  afetam  a  migração  de  fragmento  de  DNA   em  géis:   Ø Tamanho  do  DNA;     Ø Concentração;     Ø Conformação  do  DNA;  
  • 46. Eletroforese  em  gel  de  Agarose   •       Ágar-­‐ágar  (ágar  ou  agarose);   •       É  um  hidrocolóide  componente  da  parede  celular,  extraído  de   diversas  algas  marinhas  vermelhas  da  classe  Rodophyta;   •       Insolúvel  em  água  fria,  dissolve  em  água  quente  formando  um  gel   não  absorvível  e  não  fermentável;   •       Concentrações  de  0,5%  -­‐  2,5%;   •       Diluídos  no  tampão  TBE  ou  TAE  (Tris-­‐borato  EDTA  ou  Tris-­‐acetato   EDTA  
  • 48. Eletroforese  em  gel  de  Poliacrilamida   •   UJlizado  para  DNA,  RNA  e  Proteínas;   •     Composto  por  Acrilamida  e  Bisacrilamida;   Marcador  de  migração:   (Glicerol,  ficol,  azul  de  bromofenol)  aumentar  a  densidade  da  amostra,   adiciona  cor  às  amostras  e  permite  acompanhar  a  corrida;     Brometo  de  EYdeo:   §   Intercala  entre  as  fitas  de  ácidos  nucléicos;   §   Fluorescente  na  luz  ultravioleta;     Prata:   Maior  sensibilidade  
  • 49. DNA  de  marcadores   moleculares   DNA  genômicos  e  DNA   genômico  degradado   1,6:  Marcador  DNA  10Kbp;   2,4:    DNA  plasmideo  não   digerido;   3,5:  DNA  plasmideo  digerido   com  enzimas  de  restrição  
  • 50. QUANTIFICAÇÃO  E  DETECÇÃO  DO  RNA   •  Espectrofotometria  a  A260nm/  A  280nm    (1,8  –  1,9);   •     RNA  total  íntegro:  eletroforese  em  gel  de  agarose;   23S 16S  Eletroforese  em  gel  de  agarose  
  • 51. Aplicações  de  Análise  de  IdenJdade   Humana   •     Resolver  crime:  estabelecer  compa2bilidade  entre  suspeito   e  evidencia..   •     ViJmas  de  Acidentes–  acidente  de  avião…   •     Soldados  da  guerra  –  quem  é  o  soldado  “desconhecido”…   •     Provas  de  Paternidade  –  quem  é  o  pai  …   •     Reclamação    de  herança–  quem  obtém  o  dinheiro  …   •     InvesJgações  de  pessoas    desaparecidas  –  de  quem  é  o   corpo…   •     Base  de  dados  de  ofensores  convictos  –  resolver  casos   arquivados  
  • 52. Como  é  realizada  a  análise  de  DNA?   Comparar perfis genéticos de possíveis pessoas Extração/Purificação DNA Material Biológico Quantificação DNA Amplificação/ PCR Separação e Detecção Determinação Genotípica
  • 53. Processo  de  Tipagem  de  DNA  via  PCR  
  • 54. Conceitos  Básicos   PCR  (reação  em  cadeia  da  polimerase)  –  método  de  amplificar   regiões  específicas  do  genoma  –  desde  1  até  mais  de  um  bilhão  de   cópias  em  2-­‐3  horas;     Locus:  região  do  genoma  a  ser  examinada;     Alelo:  é  o  estado  de  variação  genéJca  sendo  examinada;    STRs  =  repeJções  curtas  consecuJvas;      SNPs  =  seqüência  de  bases  no  lugar;     Cromossomos  são  pareados  por  tanto:   Homozigoto  –  Alelos  são  idênJcos  em  cada  cromossomo   Heterozigoto  -­‐  Alelos  diferentes  em  cada  cromossomo  
  • 55. Replicação  DNA   •  Polymerase  Chain  ReacJon  (PCR)   Ø   Uma  técnica  para  replicação  o  copia  de  uma  porção   de  uma  fita  de  DNA  .  Esta  técnica  produz  milhões  de   copias  da  fita  de  DNA.   Kary Mullis, inventor da PCR Premio Nobel em Química, 1993
  • 56. Reação  em  Cadeia  da  Polimerase   •  PCR  Mix:   §  DNA  alvo   §  dNTPs   §  Primers   §  Taq  DNA  polimerase   •  Termociclador   §  Desnaturação  (92  °C)   §  Pareamento  de  primers  (55  °C)   §  Extensão  da  fita  (72  °C)  
  • 57. •  Envolve  síntese  enzimáJca  de  várias  cópias  de  DNA;   •  UJliza  um  par  de  primers  e  enzima  Taq-­‐DNA  polimerase.   Reação  em  Cadeia  da  Polimerase  (PCR)  
  • 58. Mul2plex  PCR   •  Aproximadamente  10   marcadores  podem  ser   copiados  ao  mesmo  tempo;   •  Sensibilidade  a  níveis   menores  de  1  ng  de  DNA;   •  Habilidade  para  manipular   amostras  misturadas  e   degradadas;   •  Diferentes  corantes   Fluorescentes  para  disJnguir   alelos  STR;  
  • 59. Short  Tandem  Repeats  (STRs)   RepeJções  curtas  consecuJvas  pode  variar  entre  os  indivíduos   AATG 7 repetições 8 repetições AATG AATG Posição dos primers define o tamanho do produto Corante Fluorescente
  • 60. Marcador  STR  uJlizado  em  Tipagem  de  DNA   Ø  Produtos  de  tamanho  pequeno  são  geralmente  compaJveis  com   DNA  degradado  e  a  PCR  permite  a  recuperação  da  informação  de   mínimas  quanJdade  de  material;   Ø  Amplificação  “mulJplex’”  com  detecção  por  fluorescência   permite  um  alto  poder  de  discriminação  em  uma  só  prova;   Ø  Disponíveis    comercialmente  kit  de  STR  de  fácil  manipulação;   Ø  Grupo  uniforme  de  STRs  fornece  a  capacidade  para  comparJlhar   através  de  base  de  dados,  perfis  criminais  de  DNA  a  nível  nacional   e  internacional;  
  • 61. Posições  de  Marcadores  Forenses   de  STR  em  Cromossomos  Humanos   O  FBI  tem  selecionado  13  locus  de  STR  os  quais  devem  ser  corridos  em   toda  análise  de  DNA  para  poder  fornecer  um  sistema  comum  de  perfis   de  DNA  
  • 62. Slide courtesy of Jim Schumm, Bode Technology Group P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 P Avaliação  de  Marcador  Penta  nucleoLdeo  (altamente  heterozigoto   em  24  amostras  de  diferentes  indivíduos)  
  • 63. Resultado  de  STR  MulJplex  no  ABI  310  CE   (ABI  COfiler  kit)   D3S1358 D16S539 amelogenin TH01 TPOX CSF1PO D7S820 GS350-ROX
  • 64. Padrões  de  Marcadores  alélicos  de  STRs    
  • 65. GenoJpagem  STR    é  realizada  por  comparação  de   uma  amostra  e  um  marcador  de  tamanho  alélico  
  • 66. gender ID A B C D E F G H I J gender ID A B C D E F G H I J DNA Size (base pairs) Análise  simultâneo  de  11  STRs   DNA Mulher DNA Homem
  • 67. D3S1358 vWA FGA suspect Victim Crime Scene Victim Suspect Scene Análise de Misturas com Marcadores STR
  • 68. Promega  Powerplex  16   ← 5 loci ← 6 loci ← 5 loci ← Padrão ← interno Power of discrimination = 1/1017
  • 69. AMEL D3 TH01 TPOX Penta D Penta E FGAD21 D18 CSF D16 D7 D13D5 VWA D8 PCR com kit STR Fluorescene Separação/CE Análise  STR  de  DNA  Humano   Genotipagem por Comparação a padrão alélico
  • 70.   Amplificação  STR  de  DNA  naturalmente  Degradados     Recuperação  de  perfis  de  DNA  de  restos  humanos  deixados  na  super~cie  (University  of   Tennessee’s  Forensic  Anthropology  Center).  Amostras  amplificadas  com  PowerPlex  16.  
  • 71. Comparação  de  STR  na  degradação  de  DNA  (PowerPlex16  kit)   DNA  Control  500pg   DNA  500pg  /  DNAseI     DNA  500pg  /  H2O2  
  • 72.   Amplificação  STR  de  DNA  Oxidados     Comparações   de   amostra   de   DNA   de   sangue   oxidados.   Amostras   foram   amplificadas   com   PowerPlex  16  kit.  Produtos  de  DNA  de  sangue,  DNA  de  sangue  oxidado  com  1%  H2O2      por18h  e   DNA  de  sangue  oxidado  com  NaClO  0,5%  em  200pg  DNA.