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ELABORACIÓN DE DENDROGRAMAS A PARTIR DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS UTILIZANDO EL PROGRAMA BIOINFORMÁTICO MEGA DNA (2)

BIOTECNOLOGIA MEGA DNA

anyeli
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ELABORACIÓN DE DENDROGRAMAS A PARTIR DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS UTILIZANDO EL PROGRAMA BIOINFORMÁTICO MEGA DNA (2)

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Presentation Transcript

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  2. PRACTICA DE CLASE UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL BIOTECNOLOGÍA PRÁCTICA: “ELABORACIÓN DE DENDOGRAMAS A PARTIR DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS UTILIZANDO EL PROGRAMA BIOINFORMÁTICO MEGA DNA” Elaborado por: Josue Sadoc Calcina Fuentes Anyelit Akemy Cossi Cruz Alanna Sasha Florian Ope Dayana Keyla Herrera Mamani Gianella Mayli Marron Terrazas Docente: HEBERT HERNAN SOTO GONZALES VII CICLO FECHA DE ENTREGA: 29 de Abril de 2023 ILO - PERÚ

  3. ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN...............................................................................................................................4 2. OBJETIVOS........................................................................................................................................ 5 3. MATERIALES.....................................................................................................................................5 4. MARCO TEÓRICO.............................................................................................................................5 a. Mega DNA.....................................................................................................................................5 b. Alineación De Secuencias ADN....................................................................................................5 c. Árbol Filogenético.........................................................................................................................6 4.2. Aplicaciones del Programa Mega en Ingeniería Ambiental......................................................... 7 a. Medio ambiente.............................................................................................................................7 b. Sistema de diagnóstico de enfermedades......................................................................................7 c. Análisis de bacterias,hongos .........................................................................................................8 d. Sector agropecuario ......................................................................................................................8 e. Sector agroindustrial......................................................................................................................8 5. METODOLOGÍA................................................................................................................................9 6. RESULTADOS.................................................................................................................................. 13 a. Identificación...............................................................................................................................13 b. Corrección y Alineamiento de secuencias...................................................................................13 c. Árbol Filogenético.......................................................................................................................13 7. DISCUSIÓN DE RESULTADOS......................................................................................................14 8. CONCLUSIONES.............................................................................................................................15 9. CUESTIONARIO................................................................................................................15 10. BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................. 17 11. ANEXOS..........................................................................................................................................18 3

  4. 1. INTRODUCCIÓN El análisis genético evolutivo molecular (MEGA) es un programa de software bioinformático para el análisis de secuencias de ADN y proteínas. Es ampliamente utilizado entre biólogos e investigadores de bioinformática para el análisis filogenético, la reconstrucción del estado de los caracteres y la alineación de secuencias. El software MEGA permite a los usuarios construir árboles evolutivos para datos de secuencia y también incluye varios programas para el análisis estadístico de la evolución molecular. Además, MEGA tiene una interfaz fácil de usar que facilita el uso de los científicos incluso si no tienen experiencia en informática. Aunque MEGA está diseñado principalmente para biólogos moleculares, también ha sido utilizado por biólogos evolutivos, ecólogos y otros investigadores. El software se actualiza regularmente con nuevas funciones y mejoras, y sigue siendo una herramienta valiosa para una amplia gama de disciplinas científicas. Con la ayuda del programa MEGA DNA, los investigadores pueden analizar grandes cantidades de información molecular y genética, identificando patrones evolutivos y analizando relaciones filogenéticas. En conclusión, la elaboración de dendrogramas mediante el programa bioinformático MEGA DNA, es una técnica fundamental para la investigación en biología molecular y evolutiva, permitiendo una mejor comprensión de la diversidad de la vida en la tierra y una mayor comprensión de los procesos evolutivos que rigen nuestra existencia. 2. OBJETIVOS ● Aprender el uso y manejo de dendrogramas a partir de la práctica desarrollado utilizando el programas bioinformático MEGA DNA ● Crear un dendograma con la ayuda del programa MEGA DNA ● Realizar la manipulación de secuencias de ADN. 4

  5. 3. MATERIALES 4. MARCO TEÓRICO a. Mega DNA El análisis de genética evolutiva molecular (MEGA) es un software de computadora para realizar análisis estadísticos de la evolución molecular y para construir árboles filogenéticos. Incluye muchos métodos y herramientas sofisticadas para filogenómica y filomedicina. b. Alineación De Secuencias ADN Un alineamiento de secuencias es una forma de representar y comparar dos o más secuencias o cadenas de ADN, ARN, o estructuras primarias proteicas para resaltar sus zonas de similitud, que podrían indicar relaciones funcionales o evolutivas entre los genes o proteínas consultadas. c. Árbol Filogenético Un árbol filogenético es un diagrama que representa las relaciones evolutivas entre organismos. Los árboles filogenéticos son hipótesis, no hechos definitivos. El patrón de ramificación en un árbol filogenético refleja cómo las especies u otros grupos evolucionaron a partir de una serie de ancestros comunes. 5

  6. d. NCBI-BLAST El BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) es un algoritmo y un programa informático de alineamiento de secuencias de tipo local, ya sea de ADN o de proteínas, empleado en bioinformática. El programa compara secuencias de nucleótidos o proteínas con bases de datos de secuencias y calcula la importancia estadística de las coincidencias. BLAST se puede utilizar para inferir relaciones funcionales y evolutivas entre secuencias, así como para ayudar a identificar miembros de familias de genes. e. Dendograma El dendrograma es un diagrama de árbol que muestra los grupos que se forman al crear conglomerados de observaciones en cada paso y sus semejanzas. El nivel de similitud se mide en el eje vertical (alternativamente se puede mostrar el nivel de distancia) y las diferentes observaciones se especifican en el eje horizontal. Del mismo modo, dendrograma es un término genérico para la representación diagramática de un árbol filogenético. f. Filogenia Historia evolutiva del flujo hereditario a distintos niveles evolutivos/temporales, desde la genealogía de genes en poblaciones (microescala; dominio de la genética de poblaciones) hasta el árbol universal (macro escala). 4.2. Aplicaciones del Programa Mega en Ingeniería Ambiental a. Medio ambiente. El dendrograma puede ser una herramienta útil en el análisis del medio ambiente para identificar las relaciones y similitudes entre diferentes especies, comunidades y ecosistemas. Por ejemplo, el dendrograma puede utilizarse para analizar la diversidad de especies en un ecosistema determinado y para visualizar las relaciones entre las diferentes especies que coexisten en el mismo. También se puede aplicar esta técnica en el análisis de la sucesión ecológica, un proceso natural que se produce en un ecosistema cuando una comunidad de organismos cede su lugar a otra comunidad sucesora. El dendrograma puede ayudar a identificar patrones y relaciones en estos 6

  7. procesos, lo que puede ser útil para entender mejor la dinámica de los ecosistemas y cómo se ven afectados por el cambio climático, la contaminación y otros factores ambientales. En resumen, el dendrograma es una herramienta valiosa en el análisis del medio ambiente para identificar patrones y relaciones entre diferentes especies y ecosistemas y para contribuir a una mejor comprensión del entorno natural que nos rodea. b. Sistema de diagnóstico de enfermedades El dendrograma puede ser una herramienta útil en el sistema de diagnóstico de enfermedades, especialmente cuando se utilizan técnicas de agrupamiento para agrupar los síntomas o características de diferentes pacientes. El dendrograma puede ayudar a identificar patrones y relaciones entre diferentes enfermedades y síntomas, lo que puede ser útil en la identificación y el diagnóstico de enfermedades. Además, la técnica de dendrograma puede utilizarse para visualizar la relación entre diferentes tipos de organismos que causan enfermedades, como virus, bacterias, hongos y parásitos, lo que puede ser útil para entender cómo se propagan las enfermedades y cómo se podrían prevenir o tratar de manera más efectiva. En resumen, el dendrograma puede ser una herramienta valiosa en el sistema de diagnóstico de enfermedades para identificar patrones y relaciones en datos complejos y ayudar en la búsqueda de soluciones y tratamientos más eficaces. c. Análisis de bacterias,hongos . En el análisis de bacterias y hongos, se puede utilizar la técnica de dendrograma para crear un árbol de jerarquía que muestre la relación evolutiva entre los organismos. Un dendrograma es una representación gráfica de un árbol que se utiliza en biología para ilustrar las relaciones entre diferentes grupos de organismos. Este tipo de análisis utiliza técnicas de agrupamiento como el Análisis de Componentes Principales (PCA) o el Análisis de Clúster Jerárquico (HCA) para agrupar a los microorganismos en diferentes categorías. Luego, se utiliza esta información para crear un dendrograma que muestre las relaciones entre los diferentes organismos. En el dendrograma, los organismos más cercanos están más cercanos en el árbol, mientras que los organismos más distantes están más alejados. Esto puede 7

  8. proporcionar información valiosa sobre las similitudes y diferencias entre diferentes especies de bacterias y hongos, lo que puede ser útil para la identificación y caracterización de estos organismos. En conclusión, el dendrograma es una técnica útil en el análisis de bacterias y hongos, ya que puede proporcionar información valiosa sobre las relaciones evolutivas entre los diferentes organismos. d. Sector agropecuario . El dendrograma es una técnica que se puede aplicar en el análisis del sector agropecuario para identificar las relaciones de parentesco entre diferentes especies de plantas y animales cultivados. La técnica del dendrograma puede utilizarse para agrupar especies que tengan características similares, lo que puede ayudar a los agricultores a identificar cuáles especies pueden crecer juntas en un mismo ecosistema. Además, esta técnica también se puede aplicar en el análisis de los procesos de mejora genética de las diferentes especies agrícolas, lo cual permite una mejor selección de los padres que van a participar en los cruzamientos. El dendrograma, por tanto, es una herramienta útil en la mejora de la producción agrícola y en la toma de decisiones con respecto al cultivo de diferentes especies. e. Sector agroindustrial. El dendrograma es una técnica que se puede aplicar en el sector agroindustrial para identificar las relaciones de parentesco entre diferentes especies cultivadas o criadas en la agroindustria. La aplicación de esta técnica puede ayudar a los agricultores y empresarios a identificar cuáles especies tienen características similares y pueden ser cultivadas o criadas juntas en un mismo ecosistema. Además, el dendrograma se puede aplicar en el análisis de los procesos de mejora genética de las diferentes especies agrícolas y/o ganaderas, lo que permite una mejor selección de los padres que van a participar en los cruzamientos. El dendrograma, por tanto, es una herramienta útil en la mejora de la producción agroindustrial y en la toma de decisiones con respecto al cultivo o crianza de diferentes especies. 5. METODOLOGÍA a. Para realizar la práctica es necesario obtener un artículo, que en este caso fue dado por el docente el cual nos permitió extraer los códigos para ser usados en el software mega DNA. 8

  9. Fuente: Biologia tropical, 2017 b. Una vez obtenido el artículo se busca el dendograma, en este caso en la pág 5 y procedemos a abrir el software Mega DNA para copiar estos códigos en nuestro software. Fuente: Biologia tropical, 2017 c. Una vez abierto el software seleccionamos “ALIGN” y “Query Databanks”, al realizar esto se abrirá una pestaña donde se copiará el código obtenido del dendrograma del artículo. Observamos que el nombre del código del artículo sea el mismo del que aparece en la pestaña, y damos click en la parte superior de la pestaña a “ Add to Alignment”. 9

  10. Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 d. Generamos todos los códigos en el software, realizando el mismo procedimiento que el primero, en este caso son 31 códigos. Una vez generados todos los códigos, realizaremos un análisis de los espacios en blanco que se generaron, dando click a “align using the MUSCLE algorithm”, seleccionamos la primera opción “ Align 10

  11. DNA” y “ok” dos veces. Una vez culminado el análisis eliminar los espacios en blancos de las filas donde el recuadro blanco sea mayor al 70%. Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 e. Seguidamente se realizó el ordenamiento en los nombres, para dar una mejor estética y visualización más comprensible y guardamos el archivo en formato mega. Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 11

  12. f. Una vez guardado generamos el dendograma en la pestaña principal, clickeamos la opción “Phylogeny” y le damos click a la primera opción y “ok”. Al instante se generará nuestro árbol filogenético, el cual debería ser similar al del artículo. Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 12

  13. 6. RESULTADOS a. Identificación Se identificó los 31 compuestos de ADN (16S), se obtuvo los siguientes resultados b. Corrección y Alineamiento de secuencias Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 c. Árbol Filogenético 13

  14. Fuente: Software mega DNA, versión 11.0.13 7. DISCUSIÓN DE RESULTADOS El programa Mega DNA es una herramienta de análisis y gestión de datos de secuencias de ADN que permite realizar múltiples análisis filogenéticos y evolutivos, así como visualizar y manipular los resultados. Al realizar esta práctica encontramos lo siguiente: - La formación de estos dendogramas se realizó de manera correcta, sin embargo, hubo dificultades al momento de analizar en primer lugar la Pseudomonas entomophila L48 (NR115636) quienes al ser introducidos al programa Mega DNA aparecían con el nombre de Pseudomonas monteilli strain, probablemente hubo un error en la numeración del código. - De la misma forma sucedió con la Achromobacter spiritinus R-46660 (NR117614) quien al ser introducida al software se hallaba con el nombre de Achromobacter marplatensis strain. - Estos fueron los dos imprevistos que se tuvo al momento de realizar nuestro árbol filogenético, los cuales fueron reemplazados por los nombres proporcionados por el software y se pudo culminar con la práctica de manera exitosa. Aprender a realizar dendogramas es útil para los estudiantes universitarios que están interesados en la biología, la filogenia y la bioinformática ya que puede ayudar a comprender mejor la evolución y la diversidad biológica a nivel molecular, lo que puede ser útil en una variedad de campos, como la biomedicina, la agricultura y la conservación ambiental 14

  15. 8. CONCLUSIONES ● En primer lugar, los objetivos del aprendizaje y manejo de dendrogramas a partir de la práctica utilizando el programa bioinformático MEGA DNA fueron cumplidos. El estudio permitió a los participantes aprender y comprender la utilidad de los dendrogramas en el análisis de datos genéticos, así como el manejo del programa MEGA DNA para la creación y visualización de dendrogramas. ● En segundo lugar, se logró el objetivo de crear un dendograma con la ayuda del programa MEGA DNA. Los alumnos pudieron aplicar los conocimientos adquiridos y utilizar las herramientas del programa para crear dendrogramas con las secuencias de ADN proporcionadas. ● Por último, se cumplieron los objetivos de realizar la manipulación de secuencias de ADN. Los alumnos pudieron trabajar con las secuencias de ADN y aplicar las técnicas adecuadas para la creación de dendrogramas. ● En general, se puede concluir que los objetivos planteados en el estudio fueron alcanzados con éxito. Los participantes pudieron adquirir nuevos conocimientos y habilidades en la manipulación de secuencias de ADN y en la creación y manejo de dendrogramas utilizando el programa MEGA DNA. 9. CUESTIONARIO ● ¿Qué es el programa MEGA DNA, puede ser aplicado en ingeniería ambiental? (Menciones 5 aplicaciones) MEGA DNA es un programa para análisis de datos filogenéticos y evolutivos utilizado en biología molecular. No obstante, existen numerosas aplicaciones para la ingeniería genética y biotecnología e ingeniería ambiental. Algunas de ellas son las siguientes: Análisis de secuencias de ADN: MEGA DNA se puede utilizar para analizar secuencias de ADN a nivel molecular y evolutivo. Diseño de cebadores: el programa se puede utilizar para diseñar cebadores específicos y óptimos para amplificar segmentos de ADN. 15

  16. Reconstrucción filogenética: se puede realizar una reconstrucción filogenética precisa de organismos y especies basada en la comparación de secuencias de ADN. Estudios de genética de poblaciones: MEGA DNA también puede ser utilizado para análisis de genética de poblaciones, incluyendo estimación de diversidad genética, descendencia y migración. Análisis de cambio evolutivo: MEGA DNA se utiliza para analizar la evolución de un gen particular, incluyendo cómo puede haber evolucionado a lo largo del tiempo. ● ¿Para qué sirve el músculo del programa MEGA DNA? El músculo en MEGA DNA realiza el alineamiento de las globinas usando menos huecos, pero sigue teniendo problemas con la histidina. El algoritmo MUSCLE avanza en tres etapas: el borrador progresivo, el progresivo mejorado y las etapas de refinamiento. En la etapa de borrador progresivo, el algoritmo produce un borrador de alineación múltiple, enfatizando la velocidad sobre la precisión. En la etapa progresivamente mejorada, la distancia de Kimura se utiliza para volver a estimar el árbol binario para crear la alineación de borrador, lo que a su vez produce una alineación múltiple más precisa. La etapa de refinamiento final refina la alineación mejorada realizada en el paso dos. ● ¿Que es un dendograma o árbol filogenético? Un dendrograma o árbol filogenético es un diagrama ramificado que muestra las relaciones evolutivas entre diferentes especies u organismos . Cada rama del árbol representa una especie, y las ramas se agrupan según su grado de parentesco. Los dendrogramas se utilizan en biología para visualizar la historia evolutiva de diferentes especies y cómo están relacionadas entre sí. En el contexto de la bioinformática y la genómica, los dendrogramas se utilizan a menudo para analizar las relaciones entre proteínas o secuencias de ADN y para descubrir patrones ocultos en datos biológicos. 16

  17. ● ¿Dibuje a mano la estructura del ADN? 10. BIBLIOGRAFÍA Árboles filogenéticos (artículo) | Filogenia | Khan Academy. (s. f.). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/natural-selection/phylogeny/a/ phylogenetic-trees Alineamiento de secuencias — Bioinformatics at COMAV 0.1 documentation. (s. f.). https://bioinf.comav.upv.es/courses/intro_bioinf/alineamientos.html Wikipedia contributors. (2023). Molecular Evolutionary Genetics Analysis. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_Evolutionary_Genetics_Analysis#:~:t ext=Molecular%20Evolutionary%20Genetics%20Analysis%20(MEGA,tools %20for%20phylogenomics%20and%20phylomedicine. 17

  18. Uso de herramientas para alineación de secuencias y creación de árboles filogenéticos para la determinación de especies. (s. f.). Uso de herramientas para alineación de secuencias y creación de árboles filogenéticos para la determinación de especies. https://www.scielo.sa.cr/pdf/tem/v30s1/0379-3982-tem-30-s1-30.pdf 11. ANEXOS Figura 01 : Software mega DNA, versión 11.0.13 18

  19. Figura 02 : Software mega DNA, Ventanas Figura 01 : Software mega DNA,Análisis genético 19

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