Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pablo Ivan Pereira Ramos.pdf: 9216448 bytes, checksum: 4c970a807133990330fd4cfafe423eaf (MD5) Previous issue date: 2012-08-20 / Klebsiella pneumoniae é uma enterobactéria Gram-negativa frequentemente associada a surtos de infeções hospitalares em todo o mundo. Esta bactéria possui um amplo repertório de genes de resistência e virulência, os quais lhe permitem evadir o sistema imune do hospedeiro (atraées do polissacardeo capsular [CPS]) e resistir a antimicrobianos (pela expressão de bombas de efuxo e enzimas B-lactamases, por exemplo). Sendo assim, o conhecimento deste repertório é condição sine qua non para a elaboração de estrat égias de controle deste patógeno, e o campo da Bioinformática, através da genômica comparativa, fornece o ferramental necessário a este propósito. O sequenciamento de um isolado brasileiro de K. pneumoniae, denominado Kp13, obtido durante um surto hospitalar ocorrido no Sul do país em 2009, representou o ponto de partida deste trabalho. Objetivou-se (i) analisar, comparativamente, o genoma do isolado Kp13 com o de outras K. pneumoniae disponíveis nos bancos de dados públicos, com foco específico no repertório de genes de virulência e resistência, bem como identficar regiões de "plasticidade genômica" no cromossomo de Kp13; (ii) estudar o cluster cps (cpsKp13) para síntese do CPS do isolado Kp13; (iii) realizar a reconstrução do metabolismo de pequenas moléculas deste isolado, manualmente refinando a rede metabólica e modelando-a sob a forma de grafo; a partir da rede reconstruída, determinar suas características topológicas e identificar nós que podem ser considerados pontos de "estrangulamento" do metabolismo de Kp13 e que representam possíveis alvos para antimicrobianos. Os resultados da analise comparativa revelaram a grande plasticidade existente entre os genomas de K. pneumoniae e do isolado Kp13 especificamente. Foram identificados genes relacionados a resistência, tais como bombas de efluxo pertencentes as cinco principais famílias de transportadores e que podem estar envolvidas na resistência a uma ampla gama de antimicrobianos, corroborando o fenótipo de multirresistência apresentado por Kp13. Genes governando a expressão de enzimas responsáveis pela síntese de enterobactina e yersiniabactina, sideróforos importantes para a aquisição de ferro, foram igualmente identificados e podem contribuir para a virulência deste isolado. Onze regiões de plasticidade foram detectadas com relação a outras K. pneumoniae, muitas destas possuindo características de transferência horizontal, como a presença de transposases e elementos de fagos. A análise de cpsKp13 revelou uma estrutura singular dentre os demais loci cps previamente estudados, a exemplo de uma composição única de glicosiltransferases, e a inversão do gene wzy. Foram identificadas vias metabólicas que podem levar à síntese de diversos resíduos de monossacarídeos potencialmente presentes na composição do CPS de Kp13. A reconstrução do metabolismo de Kp13 e sua representação na forma de grafo permitiram a identificação de nós importantes e que representam potenciais alvos terapêuticos para o controle deste patógeno. O ranqueamento destes nóos com base em sua centralidade permitiu priorizar àqueles possuindo maior influência no metabolismo da bactéria. A aplicação de ferramentas de bioinformáatica ao estudo do genoma de K. pneumo- niae Kp13 permitiu identificar o seu repertório de virulência e resistência, e representa o primeiro estudo deste tipo realizado em um isolado brasileiro. O sequenciamento de bactérias obtidas em outros locais do país pode contribuir para a identificação das características em comum entre as K. pneumoniae circulantes no Brasil, e este trabalho representa um passo inicial neste sentido.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Nayra.pdf: 2967499 bytes, checksum: a3fbc3f85195a8b2ca04057e9efda7af (MD5) Previous issue date: 2013-06-14 / The study of the diversity and microbial taxonomy is very important to better understand of the micro-organisms ecology. The microbial taxonomy has undergone important changes with the advent of genomic. Until recently the taxonomy exclusively depended of the DNA-DNA hybridization for define species and to describe new species. From the analysis of the genomic signatures (Average Amino Acid Identity (AAI) e Karlin signature) is possible to determine the similarity between microbial genomes. However, the calculations of those signatures requires time. The automation those calculations using a software was the objective of this dissertation. For develop the software was chosen, for its multiplatform characteristics, the Java language, which allows the use of the software in operational systems Windows, Linux and iOS. For develop was used Eclipse VE and batch files for integrate with Blast 2.2.25+ used for comparison of the identity between genomes. The new software performs calculations AAI and Karlin signature for multiple genomes and metagenomes in real time. It s allowed studies about the genus Mycoplasma and the species Phrochlorococcus marinus. This species comprises 10 species according to the analysis of Karlin and AAI and indicates the need for taxonomy review. The Mycoplasma genus is polyphyletic and possibly comprises different genera. This study advances the taxonomic knowledge about relevant groups in marine habitats, besides create a useful tool for analyses of genome and metagenome. / O estudo da diversidade e taxonomia microbiana é de suma importância para o melhor entendimento da ecologia de microrganismos. A taxonomia microbiana tem passado por importantes transformações com o advento da genômica. Até recentemente a taxonomia dependia exclusivamente da hibridização de DNA-DNA para determinação de espécies e descrição de espécies novas. A partir da análise de assinaturas genômicas (Identidade Média de Aminoácidos (AAI) e Assinatura de Karlin) é possível agora determinar a similaridade entre genomas microbianos. Porém, o cálculo destas assinaturas também consome tempo. A automatização destes cálculos por meio de um software foi o objetivo desta dissertação de mestrado. Para a construção do software foi escolhida a linguagem Java por sua característica multiplataforma, que permite utilização em sistemas operacionais Windows, Linux e iOS. Para o desenvolvimento foi utilizado o software Eclipse VE e arquivos batch para integração com o Blast versão 2.2.25+ utilizado para comparação de identidade entre genomas. O novo software realiza os cálculos de AAI e assinatura de Karlin para múltiplos genomas e metagenomas em tempo real. O novo software permitiu o estudo da taxonomia do gênero Mycoplasma e da espécie Phrochlorococcus marinus. De acordo com as análises da assinatura e AAI esta espécie compreenderia 10 outras espécies, o que indica a necessidade de revisão taxonômica. Já o gênero Mycoplasma é polifilético e compreende possivelmente diferentes gêneros. O presente estudo avança o conhecimento taxonômico de grupos relevantes no meio marinho, além de criar uma ferramenta útil para análise de genomas e metagenomas.

Na última década tem sido possível reconstruir o genoma de bactérias e arquéias presentes em comunidades microbianas de ambientes naturais a partir de dados metagenômicos. Isso tem revolucionado nosso entendimento sobre a topologia da árvore da vida e a descoberta de novas capacidades metabólicas, bem como auxiliado na identificação mais acurada de genes de interesse industrial, visto que os dados estão mais completos e menos fragmentados. Com base neste contexto, o objetivo geral deste projeto foi reconstruir o genoma de bactérias ligadas a degradação de biomassa vegetal em comunidades microbianas da compostagem, focando em análises de diversidade de enzimas de Glicosil Hidrolases (GHs), a partir de dados de sequências metagenômicas gerados no projeto temático processo 11/50870-6. Para alcançar os nossos objetivos, foram desenvolvidos pipelines computacionais com softwares já disponíveis na literatura e foram utilizados dois conjuntos principais de dados de sequenciamento massivo (um conjunto de dados seriados que engloba inúmeros estágios do processamento da compostagem e um conjunto de dados do metagenoma de um consórcio microbiano celulolítico e termofílico construído a partir de amostras da compostagem). Foram reconstruídos 13 genomas (sete genomas em amostras dos dados seriados e seis genomas na amostra do consórcio microbiano), sendo identificado no mínimo quatro novas espécies. As análises baseadas em filogenômica indicam a presença de pelo menos uma nova classe dentro do filo Firmicutes, uma nova espécie da família Paenibacillaceae e a reconstrução pela primeira vez do genoma da espécie Bacillus thermozeamaize. Também foram identificadas 33 lacunas/ilhas metagenômicas (IMs). Essas regiões apresentaram genes diretamente ligados a biossíntese de polissacarídeos do envelope celular, pseudogenes e proteínas hipotéticas. Algumas dessas proteínas estão diretamente ligadas ao reconhecimento de bacteríofagos durante a fase de infecção viral. A presença de IMs também indica uma divergência entre as populações microbianas presentes na compostagem com a espécie de referência. Quanto ao potencial de degradação de biomassa vegetal, todos os microrganismos apresentam genes com potencial para degradação de material lignocelulolítico durante o processamento de diferentes estágios da compostagem, indicando a importância do papel funcional dessas bactérias na compostagem. / In the last decade it has been possible to reconstruct Bacteria and Archaea genomes that are in natural microbial communities from metagenomic samples. This has revolutionized our understanding of the topology of the tree of life and the discovery of new metabolic functions, as well as aided in more accurate identification of industrial bioprospecting genes, since the genomic data are more complete and less fragmented. Based on this background, the aim of this project was to reconstruct the bacterial genomes linked to plant biomass degradation in composting communities, focusing on diversity analysis of Glycosyl Hydrolases (GHs) from metagenomic sequence data generated in the Thematic Project (Process 11/50870-6). To achieve our objectives, computational pipelines have been developed (this pipelines were based on software already available in the literature) and we use these pipelines in two massive data sets generated by high-throughput sequencing (one data set of time series compost sample which includes several stages of the composting process and other data set from a cellu- lolytic and thermophilic microbial consortium). Thirteen genomes were reconstructed (seven genomes from time series metagenomic data and six genomes from microbial consortium). At least four new species have been identified, and the analyzes based on phylogenomic inferences indicate the presence of at least one new class of Firmicutes phylum, and a new Paenibacillaceae family and the reconstruction for the first time the Bacillus thermozeamaize genome. They also identified 33 gaps/metagenomic Islands (IMs). These gaps had genes directly linked to polysaccharide biosynthesis of the cell envelope, pseudogenes and hypothetical proteins. Some of these proteins are directly linked to the bacteriophage during the recognition phase of viral infection. The presence of gaps also indicates a divergence between microbial populations present in the compost with the reference genome. All microbial genomes reconstructed in this studyhave genes linked to lignocellulolytic potential degradation during the different stages of composting process, indicating the functional role this bactéria in this environment.

A descoberta do tropismo do Vírus da Imunodeficiência Humana tipo 1 (HIV-1) pelos correceptores CCR5 e CXCR4 propiciou o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas com alvo nestes correceptores. Os antagonistas de CCR5 são fármacos que bloqueiam o correceptor CCR5, impedindo a entrada do (HIV) na célula, levando a uma diminuição significativa da viremia. Porém, a administração deste medicamento depende da determinação do tropismo dos vírus do indivíduo infectado antes e ao longo do uso desta estratégia terapêutica. A alça V3 da gp120 do envelope do HIV-1 é considerada o principal determinante do tropismo, mas outros fatores como diferenças intrínsecas entre as variantes do HIV-1, o número de sítios de N-glicosilação, variações no comprimento de determinadas regiões e a carga elétrica global da gp120 também podem afetar o tropismo viral. Este estudo apresenta a caracterização molecular da gp120 e a relação dos fatores moleculares com o tropismo pelos correceptores CCR5 e CXCR4. Foram incluídos no estudo 283 indivíduos infectados pelo HIV-1, dos quais foi possível obter 265 sequências da alça V3, resultados de tropismo fenotípico para 78 amostras e 20 sequências da gp120 completa. O tropismo fenotípico demonstrou a prevalência de vírus R5 (70,5%) e a presença de apenas uma amostra contendo exclusivamente vírus X4. O tropismo genotípico classificou 71,7% das sequências como vírus R5 e 28,2% como capazes de utilizar o correceptor CXCR4. A concordância entre os resultados de tropismo fenotípico e genotípico foi de 74,5%. Houve a prevalência do subtipo B (82%), sendo que a variante B\'(GWGR) esteve presente em 34,5% dos casos. Em média, as sequências da gp120 apresentaram 22 sítios de N-glicosilação, concentrados nas regiões C2 e C4. A carga elétrica líquida apresentou médias semelhantes entre vírus R5 e X4 tanto para a alça V3 quanto para a gp120. As características moleculares descritas neste estudo apresentaram distribuição semelhante entre vírus R5 e X4, não sendo possível estabelecer relações entre estes fatores a determinação do tropismo. / The tropism of Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV - 1) for CCR5 and CXCR4 coreceptors has provided the development of new therapeutic strategies targeting these coreceptors. CCR5 antagonists are able to prevent the HIV cell entry by blocking the CCR5 coreceptor, improving the viremia decreasing. However, this drug administration depends on viral tropism determination before and during the use of this therapeutic strategy. The V3 loop of the HIV-1 gp120 envelope is the major tropism determinant, but other factors such HIV-1 genetic variability, number of potential N-linked glycosylation sites, length variations in some protein domains and the gp120 global net charge may also affect the viral tropism. This study presents the molecular characterization of gp120 and the relationship between molecular factors and the tropism for CCR5 and CXCR4 coreceptors. A total of 283 HIV-1 infected subjects were included in this study. It was possible to obtain 265 V3 loop sequences, 78 results of phenotypic tropism and 20 sequences of the whole gp120. Phenotypic tropism showed the prevalence of R5 viruses (70.5%) while exclusively X4 viruses were found in only one sample. Genotypic tropism classified 71.7% of the sequences as R5 and 28.2% as virus able to use the CXCR4 correceptor. The agreement between phenotypic and genotypic tropism results was 74.5%. There was a prevalence of subtype B (82%), and the B\' (GWGR) variant was present in 34.5% of the cases. gp120 showed a mean of 22 N-linked glycosylation sites, which were more frequent in the C2 and C4 regions. The net charge showed similar means between R5 and X4 viruses for both V3 loop and gp120. The molecular characteristics described in this study showed similar distribution between R5 and X4 viruses and it was not possible to establish relationships between these factors the tropism determination.

Oligodendroglial tumours originate from oligodendrocytes usually arising in the white matter and could be classified into grade-II oligodendrogliomas (OD) and anaplastic oligodendrogliomas (AOD, grade-III) according to the 2016 World Health Organization (WHO) grading scheme. ODs1 could be diagnosed by pathological and immunohistochemical analyses, however recent evidence suggests that they could be better diagnosed on the basis of defined genetic entities, such as the combined loss of chromosome 1p and 19q arms and IDH mutation. 1p/19q co-deletion is molecular hallmark of ODs and is clinically associated with better prognosis, response to chemo/radio-therapy and overall survival. Typical oligodendroglial histological features are strongly associated with 1p/19q loss and IDH mutation, which is critically important as diagnostic point of view. The examining of exclusive molecular signatures and transcriptome expression profiles added to histological class could compliment the classification of OD subtypes. In this regard, microRNAs (miRNAs, miRs) profiles could serve classifier signatures for tumour subsets. MiRNAs are 22nt short non-coding RNAs which are expressed endogenously and regulate diverse cellular process through negative control on gene expression at the posttranscriptional level by direct or imperfect interaction with their target mRNAs. MiRNAs are involved in regulating human tumorigenesis acting as either tumour suppressors or oncogenes. During the passage of tumorigenesis miRNA expression level is significantly increased or decreased compared to corresponding normal tissue. The same is observed with their mRNAs. Therefore, transcriptome profiling of human tumours could identify signatures associated with progression, diagnosis, prognosis and response to therapy. However, until recently the information regarding the expression of miRNAs and mRNA in oligodendroglial tumours is scarce. In this study we performed miRNA and mRNA differential expression profiling between grade II and grade III ODs using microarray based expression profiling platforms (723 transcripts and 41,000 genes, respectively). 7 cases for OD grade-II, and 7 for AOD grade-III, and 15 non neoplastic white matter (nnWM) samples were used after microdissection with no previous history of treatment. We performed a systematic evaluation of miRNAs and mRNAs expressions and determined miRNAs and putative target genes that are differentially expressed in grade III AOD, but not in grade II OD and in non-neoplastic white matter (nnWM). 1 ODs when used with ,,s\" will represent both OD and AOD. 50 miRNAs were overexpressed and 43 were down regulated in AOD-III, whereas 7 miRNAs showed significant reduction in expressions in OD-II group. 3 miRNAs were commonly down regulated in comparisons of both groups. The hsa-miR-23a was strongly upregulated and hsamiR-27a was strongly downregulated in AOD-III. The functions of hsa-miR-23a and hsa-miR- 27a were tested in human adult fibroblasts for cell proliferation assay and apoptosis detection. Cells treated with pre-miR-23a and pre-miR-27a showed 20% reduction in cell proliferation as compared with controls. Further, the functional relevance of miRNAs to their target mRNAs was validated for each group, using real time qPCR. 10 key-miRNAs from AOD were subjected to validation by qPCR. We were able to confirm 7 miRNAs (p? 0.05). Among these, 5 miRs (miR- 193a-3p, miR-24, miR-27a, miR-30a-5p and miR-30c) showed reduced expression whose target genes (CCND1, HDAC2, PDGFA and RAB-26) were upregulated. Whereas, 2 miRNAs likewise miR-301b and miR-378 were overexpressed whose target genes BCL2, FGF2, CD44 and PPP4R4 confirmed by qPCR (p? 0.05). Bioinformatics based gene ontology (GO), and networking analysis revealed that differential expression and targets are attributed to differentiation of embryonic stem cells, cell adhesion, angiogenesis and neurogenesis, resistance to apoptosis, protein-protein interactions and cell proliferation. It was possible to identify and validate miRNAs and their mRNA-targets potentially involved in the progression of oligodendrogliomas particularly in grade III-AOD. Collectively, this analysis provides new insights to malignant progression of oligodendroglial tumours and could compliment WHO-2016 diagnosis scheme and may provide predictive outcome in patients as well as decision to therapy. / Oligodendrogliomas originários de oligodendrócitos que geralmente surgem na substância branca podendo ser classificados em grau oligodendroglioma (II-OD), e anaplastic oligodendrogliomas (grau III-AOD). Os ODs2 podem ser diagnosticados por análises patológicas e imuno-histoquímicas, porém evidências recentes sugerem que poderiam ser melhor diagnosticados com base em assinaturas moleculares, como a deleção combinada dos cromossomas 1p e 19q - marcadores moleculares dos OD associados clinicamente a um melhor prognóstico, resposta à terapia e melhor sobrevida. As características histológicas típicas dos oligodendrogliomas também estão fortemente associadas à deleção de 1p/19q, que é criticamente importante como ponto de vista diagnóstico. Assim, os subtipos de gliomas podem ser fortemente diferenciados não somente em relação ao seu perfil histológico mas também com base em seu perfil de expressão genica e suas assinaturas moleculares exclusivas. Os microRNAs (miRNAs, miRs) emergiram como assinaturas moleculares para os diferentes graus. Os miRNAs são RNAs não codificantes, contendo em torno de 22 nucleótidos. São expressos endogenamente e regulam diversos processos celulares através do controle negativo da expressão gênica em nivel pós-transcricional e por interacção directa ou imperfeita com o RNAm-alvo. Os miRNAs estão envolvidos na regulação da tumorigenese humana atuando como supressores de tumour ou oncogenes. Durante o processo da tumorigenese o nível de expressão dos miRNAs é aumentado ou diminuído significativamente em comparação com tecido normal correspondente. O perfil de expressão de miRNA de tumores humanos poderia identificar assinaturas associadas com progressão, diagnóstico, prognóstico e resposta à terapia. Contudo, até recentemente a informação sobre a expressão de miRNAs em oligodendrogliomas é escassa. Neste estudo, avaliamos o perfil de expressão diferencial de miRNA e RNAm em ODs graus II e III usando plataformas de perfis de expressão baseadas em microarray (723 transcritos e 41.000 genes, respectivamente). Foram utilizados 14 casos de ODs microdissecados, sendo 7 OD grau II, e 7 AOD grau III (anaplasicos) sem histórico prévio de tratamento, além de 15 amostras de substancia branca não neoplásica (nnSB). Por meio de avaliações sistemáticas foram determinados miRNAs e mRNAs expressos em AOD grau III, mas não em OD grau II e em substancias brancas não neoplásicas (nnSB). 2 ODs when used with ,,s\" will represent both OD and AOD. Assim, foram encontrados 50 miRNAs com alta expressão e 43 miRNAs com baixa expressão em AOD-III, enquanto que 7 miRNAs apresentaram expressões reduzidas no grupo OD-II. Na comparação entre os dois grupos, 3 miRNAs apresentaram baixa expressão. A hsa-miR-23a mostrou alta expressão e a hsa-miR-27a apresentou uma diminuição de expressão importante em AOD III. A atividade dos hsa-miR-23a e hsa-miR-27a foram testadas em células de fibroblastos adultos humanos usando ensaios de proliferação celular e detecção de apoptose. As células tratadas com pre-miR-23a e pre-miR-27a mostraram 20% redução de proliferação celular em comparação com os controles. Para cada grupo, a relevância funcional dos miRNAs e seus mRNAs alvos foi validada utilizando qPCR. Dos 10 miRNAs submetidos a validação em grau III, foi possivel confirmar 7 miRNA(p<0,05). Entre esses, 5 miRs (miR-193a-3p, miR-24, miR- 27a, miR-30a-5p e miR-30c) mostraram expressão reduzida, cujos genes alvos (CCND1, HDAC2, PDGFA e RAB-26) apresentavam alta expressão. Enquanto que, 2 miRNAs como miR-301b e miR-378 apresentaram alta expressão cujos genes alvo BCL2, FGF2, CD44 e PPP4R4 foram confirmados por qPCR (p<0,05). Ferramentas de bioinformática (Gene Ontology) e a análises em rede revelaram que a expressão diferencial e os alvos são atribuídos à diferenciação de células-tronco embrionárias, adesão de celular, angiogênese e neurogênese, resistência à apoptose, interações proteína-proteína e proliferação celular. Foi possível identificar e validar miRNAs e RNAm-alvos potencialmente envolvidos na progressão de oligodendrogliomas. Coletivamente, esta análise fornece novos achados relacionados a progressão maligna de tumores oligodendrogliais e poderia facilitar o diagnóstico preciso e mais restritivo, o desfecho preditivo em pacientes, bem como auxiliar na decisão da terapia.

Dentro da bioinformática uma das atividades mais realizadas é o alinhamento de seqüências biológicas [1]. Seus resultados são utilizados em várias atividades que desdobram-se em áreas de pesquisa interdisciplinares com geração de diversos subprodutos. Sendo uma das primeiras etapas de tais tarefas, o multialinhamento é então importante para garantir a qualidade dos resultados obtidos em vários estudos do material genético. Para este trabalho espera-se a reprodução dos resultados já publicados na área [2]; [3]; [4]; [5]; [6]). A implementação de um programa de multialinhamento global de seqüências biológicas utilizando uma abordagem iterativa estocástica por algoritmo genético, uma forma relativamente recente [7] de se atacar tal problema. Obtenção de um panorama sobre as soluções alternativas existentes / Multialignment of biological sequences is one of the most frequently used activities in bioinformatics. The results provided by sequence alignment are used in the solution of other bioinformatics problems. Since a multialignment procedure is one of the first steps of many bioinformatics problems, the condition of an alignment affects the quality of the results obtained for these problems. Multialignment of biological sequences is a complex problem (NP complete) and requires usually heuristics to obtain acceptable performance. Evolutionary algorithms have been used with relevant results. This work aims to find better solutions for the multialignment problem using evolutionary computation. In order to achieve that, this research investigates techniques using evolutionary computation applied to multialignment problem and searches to reproduce their results. Moreover, the development of an approach that performs global multialignment of biological sequences using evolutionary algorithms and an evaluation of the available multialignment techniques are also proposed

Neste trabalho desenvolvemos um novo algoritmo para clustering para dados de expressão gênica. As abordagens tradicionais utilizam um conjunto de dados na forma de uma tabela de duas dimensões, onde as linhas são os genes e as colunas são as condições experimentais. Nós utilizamos uma estrutura de três dimensões, acrescentando fatias de tempo. Implementamos nosso algoritmo e testamos com conjuntos de dados sintéticos e dados reais, usando índices de validação para comparar os resultados obtidos pelo nosso algoritmo com os resultados produzidos pelo algoritmo TriCluster. Os resultados mostraram que o nosso algoritmo é bom para dados de expressão gênica em três dimensões e pode ser aplicado a dados de outros domínios / In this study we developed a new clustring algorithm for gene expression data. Previous solutions use a dataset in the form of a table, where the rows are the genes and the columns are the experimental conditions. We used a three-dimensional structure adding time-slices. We implemented this algorithm and tested it with synthetic and real data, using validation index to compare our results with the results obtained by the TriCluster algotithm. Results show that our solution is good for three dimensional gene expression data and can be employed to other domains

As glutationas transferases compõem uma superfamíla de proteínas que atuam na fase II do sistema de desintoxicação das células. Participam principalmente através do processo de conjugação da glutationa com moléculas hidrofóbicas e eletrofílicas, como por exemplo os herbicidas. No entanto, outras funções foram descritas como a tolerância ao estresse oxidativo, inseticidas, antibióticos microbianos, transporte de produtos secundários tóxicos, sinalização da célula durante as respostas ao estresse e fenômenos de resistência envolvendo agentes de quimioterapia contra o câncer. Nesta tese procurou-se estabelecer uma relação entre a seqüência, estrutura, função e afinidade das GSTs. A estrutura, de modo geral, determina a função da enzima, mas por si só, não dita sua especificidade. Esta última informação é fundamental para o desenvolvimento de novos agroquímicos ou para o desenho racional de novas proteínas. A relação entre a seqüência, estrutura, função e afinidade mostra que o paradigma estrutura-função deveria ser ampliado para incluir a seqüência de aminoácidos e a afinidade da enzima. Apesar da grande diversidade de substratos e seqüências encontradas nas GSTs há pelo menos um caso de convergência funcional em duas classes distintas desta superfamília. Uma encontrada apenas no reino Animalia (classe Pi) e outra exclusiva do reino Plantae (classe Phi). Ferramentas da bioinformática estrutural, como docking molecular e minimização de energia foram utilizadas para analisar as interações entre a enzima e o substrato. Estas ajudam a explicar como duas proteínas com aproximadamente 22% de identidade de seqüência apresentam afinidades semelhantes. Finalmente, foram propostos mutantes da GST de Saccharum officinarum utilizando a informação estrutural da enzima, visando uma alteração na afinidade da mesma. / Glutathione Transferases comprehend a superfamily of proteins that plays the phase II of the detoxification system of the cells. Their major catalysis is the conjugation of glutathione with hydrophobic and eletrophilic molecules, for example herbicides. However, other functions were described like oxidative stress, insecticides, microbial antibiotics, transport of secondary products, cells signalization during response to stress and resistance of chemotherapy drugs against cancer. This work aimed to establish a relation between sequence, structure, function and affinity of GSTs. The structure, in general, determines the function, but alone, can not determine the enzyme specificity. This last information is essential to the development of new agrochemicals or for the rational design of proteins. The relation between sequence, structure, function and affinity shows that the paradigm of structure-function should be enlarged in order to include the information of amino acid sequences and the enzyme affinities. Despite the wide variety of substrates and sequences found in the GSTs, there is at least one case of functional convergence between two distinct classes in this superfamily. One is found in the Animalia kingdom (class Pi) and the other is exclusively found in Plantae (class Phi). The structural bioinformatic tools, such as molecular docking and energy minimization were used to analyze the interactions between the enzyme and the substrate. These help to understand how two enzymes with approximately 22% of sequence identity can show the same affinities. Finally, GST mutants of Saccharum officinarum were proposed, using the enzyme structural information in order to modify the enzyme affinities.

Em Escherichia coli, a assimilação de sulfato e sua redução a sulfeto é mediada por um transportador do tipo ABC codificado pelos genes sbpcysWUA e várias enzimas codificadas por cysNCDGHIJ. Embora a importância deste sistema tenha sido largamente demonstrada em outros organismos, não existem relatos na literatura sobre a via na bactéria fitopatogênica Xanthomonas axonopodis pv. citri (X. citri). Neste trabalho, utilizando uma abordagem funcional baseada em análises de bioinformática, proteômica e gene repórter, mostramos que a via de sulfato está presente e ativa em X. citri. Ainda, a partir da expressão e produção em larga escala da proteína ligadora de sulfato Sbp, realizamos ensaios de biofísica que evidenciaram a interação da proteína com sulfato e o aumento da estabilidade térmica e estrutural, obtendo-se cristais. O trabalho apresenta as primeiras evidências da funcionalidade desta via em X. citri durante o crescimento in vitro e infecção in vivo e abre pespectivas de estudos para compreensão do papel deste íon na fisiologia do microrganismo. / In Escherichia coli, the capture and reduction of sulfate to sulfide is mediated by an ABC-type transporter encoded by genes sbpcysWUA and several enzymes encoded by cysNCDGHIJ. Although the importance of this system has been widely demonstrated in other organisms, there are no reports in the literature related to the way that sulfate is assimilated and reduced in plant pathogen Xanthomonas axonopodis pv. citri (X. citri). In this work, using a functional approach based on bioinformatics analysis, proteomics and gene reporter, we show that the way is present and active in X. citri. Indeed, the sulfate binding protein was expressed and produced in large scale for biophysical assays demonstrating the interaction of the protein with sulfate and increased thermal stability and crystals was produced. The study presents the first evidence of the functionality of this pathway in X. citri during growth in vitro and in vivo infection and opens perspectives studies to understand the role of this ion in the physiology of the microorganism.

A massificação dos estudos da medicina translacional permite aos pesquisadores que usufruam de fontes de dados das mais diversas áreas. Uma área de suma importância e a bioinformatica, que agrega o alta capacidade de processamento computacional disponível atualmente, com a infindável quantidade de dados gerada por métodos de sequenciamento de ultima geração, para entregar aos pesquisadores uma quantidade rica de dados para serem analisados. Apesar da disponibilidade desses dados, a expertise necessária para analisa-los dificulta que profissionais com pouco conhecimento em bioinformatica, estatística e ciência da computação possam realizar pesquisas e analises com estes dados. Dada esta situação, este trabalho consistiu em criar uma ferramenta que tira proveito da integração de múltiplas bases de dados proporcionada pelo framework IPTrans, permitindo que usuários da área biomédica realizem analises com os dados contidos nessas bases. Com base em outras ferramentas existentes e em um levantamento de requisitos junto a potenciais usuários, foram identificadas as funcionalidades mais importantes e assim foi projetada e implementada a IPTrans Advanced Analysis Tool (IPTrans A2Tool). Esta ferramenta permite que usuários façam analises de expressão diferencial mais comuns como heatmaps, volcano plots, consenso de agrupamentos e blox-plot. Além disso, a ferramenta proporciona um algoritmo de mineração de dados baseado na extração de regras de associação entre dados clínicos e biomoleculares, que permite ao usuário descobrir novas associações entre a expressão dos genes dados clínicos e fenotípicos. Adicionalmente a este trabalho, foi criado também o BioBank Warden, um sistema de controle de dados clínicos e amostras biomoleculares, que foi utilizado como uma das fontes de dados para o IPTrans A2Tool. Este sistema permite que usuários adicionem informações clinicas de pacientes e também das amostras extraídas para a realização de estudos. Uma avaliação preliminar de usabilidade, realizada junto a profissionais da área biomédica, mostrou que as ferramentas possuem potencial para serem utilizadas no contexto da medicina translacional. / The great number of translational medicine studies allows researchers to make benefit of data sources from various fields. An area of great importance is bioinformatics, which combines the high computational processing capabilities found nowadays with the endless amount of data generated by next-generation sequencing methods, to give researchers a rich amount of data to be analyzed. Despite the availability of such data, the expertise required to analyze it makes difficult for professionals with little knowledge in bioinformatics, statistics or computer science, to conduct research and analysis on this data. Given this situation, this work was intended to create a tool that takes advantage of multiple databases integration capabilities provided by IPTrans and that allows users to perform analysis on the data contained in these databases. To accomplish that other tools were studied in order to observe which features our framework should aggregate and thus was created the IPTrans A2Tool (IPTrans Advanced Analysis Tool). This tool allows users to perform differential expression analysis and generate output as heatmaps, volcano plots, consensus clustering and blox-plots. In addition, the tool provides an association rule extraction algorithm between clinical and biomolecular data, allowing the user to discover hidden associations between the expression of analyzed genes and clinical data. As a by-product of this work was also created the BioBank Warden a clinical data and biomolecular samples management system that was used as one of the data sources for IPTrans A2Tool. This system allows users to add patients clinical information and also of samples taken for carrying out studies. In addition, the system provides a strong research group and project permission management that ensures only authorized people to have access to patients data.