Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-04-18Bitstream added on 2014-06-13T20:01:01Z : No. of bitstreams: 1 arcuri_ha_dr_sjrp.pdf: 5076973 bytes, checksum: 06da0449b3e457e727f8cffdadf11e83 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esta tese trata da caracterização espectroscópica por dicroísmo circular e fluorescência, caracterização estrutural utilizando as técnicas de cristalografia de raios X e espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS) de duas (chiquimato quinase e corismato sintase) das sete enzimas da via metabólica do ácido chiquímico na forma apo e em complexo com seus respectivos ligantes naturais e o desenvolvimento de abordagens computacionais para implementação e integração de ferramentas de modelagem molecular comparativa e análise das estruturas tridimensionais geradas em larga escala das enzimas da via do ácido chiquímico de microorganismos e de plantas. A motivação deste trabalho é o fato de que a tuberculose e outras doenças também negligenciadas causadas por microorganismos são a causa de morte de milhões de pessoas no mundo, assim a caracterização estrutural de proteínas alvo para propor novas drogas tornou-se essencial. O principal interesse no estudo da via do ácido chiquímico é o fato que a via não esta presente em humanos, o que a torna alvo seletivo para desenho de drogas, diminuindo o impacto das drogas em humanos. Os resultados obtidos a partir das técnicas experimentais utilizadas neste trabalho possibilitaram um melhor entendimento do mecanismo catalítico das enzimas chiquimato quinase e corismato sintase. A partir dos dados de modelagem molecular em larga escala, foi possível montar um banco de dados relacional e curado, o SKPDB, que contém anotações detalhadas sobre a função e estrutura das enzimas, podendo ser acessado emhttp://lsbzix.rc.unesp.br/skpdb/index.html. Este trabalho aumenta a certeza de que a modelagem molecular comparativa em conjunto com técnicas experimentais é uma ferramenta útil e valiosa na anotação de seqüências e no estudo estrutural e funcional de proteínas. / This thesis deals with the spectroscopic characterization by fluorescence and circular dicroismo, structural characterization using the techniques of X-ray crystallography and X-ray scattering at low angles (SAXS) of two (corismato synthase and shikimate kinase) of the seven enzymes of the metabolic pathway of chiquimic acid in apo form and in complex with their natural ligands and the development of computational approaches to implementation and integration of tools for molecular modeling and comparative analysis of three-dimensional structures generated in a large scale means of the enzyme chiquimic acid of microorganisms and plants. The motivation of this work is the fact that tuberculosis and other neglected diseases also caused by microorganisms are the cause of death of millions of people around the world, so the structural characterization of proteins offer new targets for drugs has become essential. The main interest in studying the path of chiquimic acid is the fact that the route is not present in humans, which makes selective target for design of drugs, reducing the impact of drugs in humans. The results obtained from the experimental techniques used in this study allowed a better understanding of the catalytic mechanism of shikimate kinase enzymes and corismato synthase. From the data of molecular modeling in large scale, it can build a relational database and cured, the SKPDB which contains detailed notes on the structure and function of enzymes, which can be accessed in http://lsbzix.rc.unesp.br/skpdb/index.html. This work increases the certainty that the comparative molecular modeling together with experimental techniques is a useful and valuable tool in the annotation of sequences and the study of structural and functional proteins.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-08-19Bitstream added on 2014-06-13T19:00:59Z : No. of bitstreams: 1 silveira_njf_dr_sjrp.pdf: 1224020 bytes, checksum: c52f73bde6459044fe66bbdc9a902be4 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O seqüenciamento de genomas em larga escala estão nos munindo com várias informações biológicas sobre centenas de organismos. O entendimento das diferentes funções de proteínas expressas por genes obtidos nos projetos de seqüenciamento, nos leva à era pós-genômica, com a caracterização das estruturas 3D de proteínas. A determinação de estruturas de proteínas nem sempre é possível devido a limitações nas técnicas de cristalografia de raios X e RMN, tornando a utilização da modelagem molecular comparativa muito útil. O principal interesse no estudo de vias metabólicas identificadas em genomas de patógenos, é o fato de que algumas destas vias não estão presentes em humanos, o que as tornam alvos seletivos para desenho de drogas, diminuindo o impacto das drogas em humanos. O DBMODELING é um banco de dados relacional, criado para evidenciar a importância dos métodos de modelagem molecular aplicadas ao genoma do Mycobacterium tuberculosis. A motivação deste trabalho é o fato de que o M. tuberculosis é a causa de morte de milhões de pessoas no mundo, assim a caracterização estrutural de proteínas alvo para propor novas drogas tornou-se essencial. Há atualmente no banco de dados mais de 260 modelos de proteínas do genoma do M. tuberculosis e outros genomas de interesse também serão acrescentados. Este banco de dados contém uma descrição detalhada da reação catalisada, do gene e da qualidade estrutural de cada proteína, e suas coordenadas atômicas estão disponíveis para download, podendo ser acessadas em http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/tools. Este trabalho aumenta a certeza de que a modelagem comparativa é uma ferramenta útil em bioinformática estrutural, uma vez que não se tem acesso às estruturas determinadas experimentalmente, podendo ser valiosa na anotação de seqüências genômicas, contribuindo para a genômica estrutural e funcional, e simulações de docking proteína-ligante. / The large-scale genome sequencing are providing us with several information about hundreds of organisms. Understanding of different protein functions expressed by genes obtained in the sequencing projects, lead us to the post-genomic era, with characterization of protein 3D structure. The determination of protein structure, is not always possible, due to limitations in X-ray crystallography and NMR techniques. This fact makes the utilization of comparative modeling very useful. The main interest in the study of metabolic pathways is the fact that some of these pathways are not present in human, which make them selective targets for drug design, decreasing the impact of drugs in humans. DBMODELING is a relational database, created to highlight the importance of molecular modeling methods applied in the Mycobacterium tuberculosis genome. The motivation of this work is the fact that M. tuberculosis is the cause of the deaths of milions of people in the world, thus the protein target structural characterization to propose new drugs became essential. There are currently in the database more than 260 protein models of the M. tuberculosis genome, and other genomes of interest will be added. This database contains a detailed description of reaction catalized, of gene and structural quality of each protein, and their atomic coordinates are available to download, can be accessed at http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/tools.This work increase the conviction that comparative modeling is an useful tool in structural bioinfomatics, once that we have not access to the experimentally structures determinated, can be valuable in annotating genome sequence, contributing to the structural and functional genomics, and protein-ligand docking simulations.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-04-27Bitstream added on 2014-06-13T19:40:30Z : No. of bitstreams: 1 ferro_m_dr_rcla_parcial.pdf: 557493 bytes, checksum: fcae382eb9a89592e907d3171f912924 (MD5) Bitstreams deleted on 2015-05-04T12:07:27Z: ferro_m_dr_rcla_parcial.pdf,Bitstream added on 2015-05-04T12:07:58Z : No. of bitstreams: 1 000713741.pdf: 1451277 bytes, checksum: 241fb4d825af417c9645365b1885c071 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / As formigas Attini são destacadas pragas agrícolas e invertebrados modelos em estudos em genômica, metagenômica, sistemática e evolução molecular. Tais estudos têm gerado milhares de sequências nucleotídicas, cuja análise demanda o uso de diferentes programas de Bioinformática em processamentos automatizados. Pensando nisso, foram desenvolvidos protocolos para análises de ESTs e de bibliotecas de sequências ITS e 16S obtidas de formigas Attini. Foi desenvolvida uma arquitetura baseada no padrão MVC e J2EE responsável por todos os processos cliente-servidor. Os protocolos foram implementados na forma de pipelines em que cada componente é um serviço web em REST acoplado a arquitetura desenvolvida. bESTscan realiza a anotação de sequências EST transcriptômicas, 16Scan e ITScan realizam análises de ecologia microbiana, para bactérias (sequências 16S) e para fungos (sequências ITS) respectivamente, bem como identifica as sequências através de pesquisas em bancos de dados públicos. O sistema computacional desenvolvido automatiza a anotação de sequências para um pequeno volume de sequências como as obtidas por Sanger ou para grande volume de dados como as geradas por Sequenciadores de Nova Geração, reduzindo o tempo de processamento e facilitando a análise dos resultados. Todos os pipelines desenvolvidos foram validados com sequências de Attini, obtidas por Sanger e Illumina, geradas a partir de diferentes projetos do nosso laboratório e estão disponíveis na web nos endereços http://evol.rc.unesp.br/lem/?q=bioinformatics / The Attini ants are agricultural pests and invertebrate models for studies on genomics, metagenomics, molecular systematics and evolution. These studies have generated thousands of nucleotide sequences whose analysis requires the use of different Bioinformatics tools and automated processing. We developed automated sequence annotation protocols for ESTs and ITS and 16S libraries analysis for Attini ants. We developed an architecture model based on J2EE and MVC patterns which is responsible for all client-server processes and each tool in the pipeline is a REST web service coupled in the architecture model developed. The bESTscan pipeline to perform the EST transcriptome annotation, 16Scan e ITScan realize microbial ecology studies for both, bacteria (16S sequences) and for fungi (ITS sequences), as well as identify sequences through public databases. The computer system developed automates the annotation for both a small volume of sequences obtained by Sanger and for a large number of data generated by the Next Generation Sequencers (NGS), reducing processing time and with high performance. Pipelines were developed and validated using sequences Sanger and Illumina generated with different projects from our laboratory and are available at http://evol.rc.unesp.br/lem/?q=bioinformatics

Orientador: José Luiz Rybarczyk Filho / Coorientador: Ney Lemke / Banca: Manuela Leal da Silva / Banca: Laurita dos Santos / Resumo: Comunidades microbianas desempenham papéis cruciais em todos ecosistemas da Terra, uma vez que metabolizam compostos essenciais. Essa característica torna importantes alvos de pesquisas em diversas áreas como médica, ambiental, alimentícia e biotecnológica. Entretanto, somente 1% de todas espécies de micro-organismos conhecidos podem ser cultivadas in vitro, dificultando o estudo de suas funções e de sua classificação taxonômica. Com o surgimento de novas tecnologias de sequenciamento, o genoma inteiro de micro-organismos de um habitat pode ser experimentalmente extraído, mas em pequenos fragmentos (¡1500 pb), tornando o processamento dos dados um grande desafio. As ferramentas de análise de metagenômica mais utilizadas classificam as sequências por homologia. Entretanto, o tempo computacional aumenta exponencialmente conforme o tamanho dos fragmentos diminuem. Isso mostra uma necessidade evidente de métodos alternativos que possam analisar dados de metagenômica de maneira rápida e precisa. Esse estudo propõe um novo método de identificação de sequências de bactérias que analisa esses dados. Os genomas de 2164 linhagens de bactérias foram obtidos pelo GenBank e fragmentados em grupos de teste e controle. Cada grupo foi aleatóriamente fragmentado em sequências de 64, 128, 256, 512, 1024, 2048 e 4096 pares de base. As medidas de organização de sequências aplicadas nos fragmentos foram: conteúdo GC, abundância de dinucleotídeos e entropias de dipletes, tripletes e tetrapletes. Foram calculados a média e o desvio padrão dos valores das sequências controle para cada espécie, gênero e família de bactéria. Foram feitas combinações de medidas para classificar as sequências em famílias, gêneros e espécies. A performance da metodologia foi determinada por medidas de sensibilidade, especificidade, precição e média harmônica para conjuntos de... / Abstract: Microbial communities play a crucial role in all ecosystems on Earth since they metabolize essential compounds. Given this relevant role they are investigated in Medicine, Biotechnology, Ecology, Food Sciences among other fields. However, only 1% of all known micro-organisms species can be cultivated in vitro. The unravelling of their functions and taxonomic classification demands the development of new approaches. With the advent of new sequencing strategies, the entire genome of microrganisms on a given habitat can be experimentally extracted, but the fragments obtained are small (<1500 bps), and the data processing remains a huge challenge. The most used metagenomic analysis tools classify the sequences by homology. However, the computational time grows exponentially as the read length decreases. There is an evident need for alternative methods that can analyze metagenomic data quickly and accurately. This study proposes a new bacteria sequences identification method to be used in metagenomic data. The genomes of 2164 bacterial strains were obtained from the GenBank and distributed into test and control sets. Each group was randomly fragmented into sequences of 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, and 4096 base pair. The sequences organization measures applied in the reads were: GC content, dinucleotide abundance and diplets, triplets and tetraplets entropy. The average and standard deviation of the control sequences values of each species, genus and families of bacteria were calculated. Combinations of genomic signatures and entropy were performed allowing classifying bacteria sequences into family, genus and species. The performance of the proposed methodology was determined by measuring sensitivity, specificity, accuracy and harmonic mean for the test set. The results indicated that the GC content presented the best performance among the signatures investigated. We also considered combinations of features, the combination considering GC ... / Mestre

Orientador: Cesar Martins / Coorientador: Ney Lemke / Banca: Antonio Sérgio Kimus Braz / Banca: José Luiz Rybarczyk Filho / Banca: Reinaldo Otávio Alvarenga Alves de Brito / Banca: Pedro Manuel Galetti Junior / Resumo: Atualmente os sistemas biológicos vem sendo abordados por diversas áreas de pesquisas, dentre elas a biologia de sistemas. Essa área tem centrado esforços para descrever e compreender as relações entre os componentes bióticos e abióticos desses sistemas, utilizando para isso a teoria de grafos. Uma forma de estudar esses sistemas, é avaliar as interações entre proteínas, que são as interações biomoleculares mais abundantes nas células. Nesse contexto, a presente tese focou no desenvolvimento de um algoritmo computacional capaz de predizer interações entre proteínas de qualquer espécie ou conjunto protéico. Para isso, foram utilizadas técnicas de aprendizado de máquina (sub-área da inteligência artificial) para a construção e aplicação desse preditor, o qual mostrou-se eficaz em predizer interações entre proteínas de mais de 80 espécies diferentes, incluindo interações entre proteínas de parasita e hospedeiro. Esse novo preditor foi aplicado no proteoma de zebrafish (Danio rerio) e humanos (Homo sapiens), gerando assim redes de interações proteicas para ambas as espécies. As interações obtidas foram avaliadas em um contexto geral e o foco das análises foi direcionado para a sub-rede relacionada com as vias de determinação e diferenciação sexual em vertebrados. Os resultados demonstraram uma relativa baixa conservação desses grafos ao longo da evolução dos vertebrados, tanto do ponto de vista global quanto da sub-rede relacionada com a determinação e diferenciação sexual em vertebrados. Além disso, foi possível observar ao menos um hub conservado entre as duas sub-redes, o qual representa um novo alvo a ser avaliado por pesquisas experimentais. Contudo, os dados demonstram que o preditor gerado possui um grande potencial para diversas áreas de estudos e é bastante útil para predição de interações em larga-escala. Além disso, os aspectos evolutivos aqui ... / Abstract: Nowadays the biological systems have been analyzed under several research foci, including the system biology. This area focus to describe and understand the relationship between biotic and abiotic factors using the graph theory. The protein interactions are target interactions to the system biology because they are the most abundant biomolecular interactions within a cell. Thus, this thesis reported the development of a computational algorithm to predict proteinprotein interactions for all species or protein sets. The machine learning technique (sub-area of artificial intelligence) were used to develop and apply this method, giving effective results to predict protein-protein interaction for more than 80 different species, including parasitehost associations. This new predictor was applied to the proteome set of zebrafish (Danio rerio) and humans (Homo sapiens), generating the protein-protein interactions for both species. Evolutionary aspects of the protein interactions were studied in a broad context and the focus was directed to the sub-network involved in the vertebrate sex determination and differentiation. The results reported a low conservation of those graphs across the evolution in a general view or for the sub-network related to the vertebrate sex determination and differentiation. Moreover, it was reported at least one conserved hub between both subnetworks, to be further evaluated by experimental procedures. Anyway, the data showed that the predictor here reported may be very useful for several research areas and it is desirable for large-scale prediction procedures. Furthermore, the evolutionary aspects discussed in this thesis open new perspectives concerning system biology and evolutionary pathways of vertebrate sex determination and differentiation / Doutor

Orientador: Maurício Bacci Júnior / Banca: André Rodrigues / Banca: Henrique Ferreira / Banca: Flávio Henrique da Silva / Banca: Claudio José Von Zuben / Resumo: As formigas Attini são destacadas pragas agrícolas e invertebrados modelos em estudos em genômica, metagenômica, sistemática e evolução molecular. Tais estudos têm gerado milhares de sequências nucleotídicas, cuja análise demanda o uso de diferentes programas de Bioinformática em processamentos automatizados. Pensando nisso, foram desenvolvidos protocolos para análises de ESTs e de bibliotecas de sequências ITS e 16S obtidas de formigas Attini. Foi desenvolvida uma arquitetura baseada no padrão MVC e J2EE responsável por todos os processos cliente-servidor. Os protocolos foram implementados na forma de pipelines em que cada componente é um serviço web em REST acoplado a arquitetura desenvolvida. bESTscan realiza a anotação de sequências EST transcriptômicas, 16Scan e ITScan realizam análises de ecologia microbiana, para bactérias (sequências 16S) e para fungos (sequências ITS) respectivamente, bem como identifica as sequências através de pesquisas em bancos de dados públicos. O sistema computacional desenvolvido automatiza a anotação de sequências para um pequeno volume de sequências como as obtidas por Sanger ou para grande volume de dados como as geradas por Sequenciadores de Nova Geração, reduzindo o tempo de processamento e facilitando a análise dos resultados. Todos os pipelines desenvolvidos foram validados com sequências de Attini, obtidas por Sanger e Illumina, geradas a partir de diferentes projetos do nosso laboratório e estão disponíveis na web nos endereços http://evol.rc.unesp.br/lem/?q=bioinformatics / Abstract: The Attini ants are agricultural pests and invertebrate models for studies on genomics, metagenomics, molecular systematics and evolution. These studies have generated thousands of nucleotide sequences whose analysis requires the use of different Bioinformatics tools and automated processing. We developed automated sequence annotation protocols for ESTs and ITS and 16S libraries analysis for Attini ants. We developed an architecture model based on J2EE and MVC patterns which is responsible for all client-server processes and each tool in the pipeline is a REST web service coupled in the architecture model developed. The bESTscan pipeline to perform the EST transcriptome annotation, 16Scan e ITScan realize microbial ecology studies for both, bacteria (16S sequences) and for fungi (ITS sequences), as well as identify sequences through public databases. The computer system developed automates the annotation for both a small volume of sequences obtained by Sanger and for a large number of data generated by the Next Generation Sequencers (NGS), reducing processing time and with high performance. Pipelines were developed and validated using sequences Sanger and Illumina generated with different projects from our laboratory and are available at http://evol.rc.unesp.br/lem/?q=bioinformatics / Doutor

O código genético é altamente conservado e está presente na maior parte dos organismos vivos. Uma questão que tem intrigado os cientistas é se o código genético é fruto do acaso ou de um processo evolutivo. Se qualquer associação entre aminoácidos e códons é possível, então existem cerca de 1, 51 × 1084 códigos possíveis. A hipótese de que o código genético evoluiu é suportada por sua robustez frente a mutações. Duas metodologias tem sido utilizadas para estudar esta hipótese: a abordagem estatística, que estima o número de códigos aleatórios melhores que o código genético padrão, e a abordagem por engenharia, que compara o código padrão com os melhores códigos hipotéticos obtidos por meio de um algoritmo de otimização. A utilização de ambas abordagens têm sido feita considerando-se apenas uma função objetivo, baseada na robustez frente a mutações quando uma determinada propriedade dos aminoácidos é considerada. Neste trabalho, propõe-se considerar mais de um objetivo simultaneamente para a avaliação dos códigos genéticos. Para isso, três abordagens multiobjetivo utilizando Algoritmos Genéticos são empregadas. São elas: abordagem lexicográfica, ponderada e de Pareto. Os resultados indicam que a utilização de mais de um objetivo é promissor, sendo os códigos hipotéticos gerados mais similares ao código genético padrão, quando comparados com os resultados obtidos por outros autores. / The genetic code is highly preserved and it is present in most living organisms. If we consider all codes mapping the 64 codes into 20 amino acids and one stop codon, there are more than 1.51 × 1084 possible genetic codes. The main question related to the organization of the genetic code is why exactly the standard code was selected among this huge number of possible genetic codes.The hypothesis that the genetic code has evolved is supported by its robustness against mutations. Many researchers argue that the organization of the standard code is a product of natural selection and that the codes robustness against mutations would support this hypothesis. Two methodologies have been used to investigate this hypothesis: the first one is the statistical approach which estimates the number of random codes which are better than the standard genetic code. The second is the engineering approach, which compare the standard code with the best hypothetical codes obtained by an optimization algorithm. Both approaches have been used considering only one objective function, which is usually based on the robustness against changes using the polar requirement. In this research, we propose to consider more than one objective simultaneously for the evaluation of genetic codes. For this purpose, three approaches using multi-objective genetic algorithms were employed, are they: lexicographic, weighted, and Pareto-based. The results indicate that considering more than one objective function is promising: the hypothetical codes generated are more similar to the standard genetic code, when compared with the results obtained by the monoobjective approach.

A sepse é uma das maiores causas de mortalidade em pacientes hospitalizados, e uma complicação comum, tanto em pacientes clínicos quanto de cirurgias, admitidos em hospitais por causas não infecciosas. A sepse é especialmente comum em pacientes mais velhos, sendo portanto esperado que sua incidência aumente com o envelhecimento da população, e apesar da sua maior taxa de mortalidade, a resposta imune em idosos durante o choque séptico é muito similar à dos pacientes mais jovens. O objetivo desse estudo foi de conduzir uma análise de expressão gênica dos neutrófilos da circulação, tanto de pacientes adultos como de pacientes idosos, observando tanto os mRNAs e as vias em que estão envolvidos, como o papel dos ncRNAs, para um melhor entendimento da resposta imune do indivíduo idoso a infecções severas. Os RNAs de 24 indivíduos, divididos igualmente entre idosos e adultos, e entre pacientes em choque séptico e controles, foram hibridizadas em microarranjos de DNA. Deste experimento foram encontrados genes cuja expressão pode ser utilizada para diferenciar a resposta imune entre adultos e idosos. Estes genes foram observados concentrados em algumas vias, entre elas fosforilação oxidativa, disfunção mitocondrial, sinalização do TGF-, entre outras. Além da análise usando os mRNAs, esse trabalho mostra fortes indicações de interações de mRNAs com RNAs não codificadores longos, dos quais a maioria não têm função conhecida. Para propor uma função aos RNAs não codificadores foi construída uma rede de coexpressão em que alguns RNAs de função desconhecida se mostraram fortemente ligados à genes das vias moleculares do ribossomo e da mitocôndria. Também foi observado que para os idosos a rede de coexpressão é menos centralizada, suportando a hipótese de que alterar a expressão de alguns genes chave pode ser o fator determinante para alterar a expressão gênica e um conjunto maior / Sepsis is one of the major causes of mortality in hospitalized patients, and a common complication, both in clinical patients and in surgeries, admitted to hospital for non-infectious causes. Sepsis is especially common in older patients, and is therefore expected that its incidence increases as the population ages, and despite its higher mortality rate, the immune response in the elderly during septic shock is very similar to that of younger patients. The objective of this study was to conduct a gene expression analysis of circulating neutrophils, both adults and elderly patients, noting both the mRNAs, the pathways in which those are involved, and the role of ncRNAs, for a better understanding of the immune response of the elderly to severe infections. The RNAs of 24 individuals, equally divided among the adults and the elderly, and among patients in septic shock and controls, were hybridized to DNA microarrays. From this experiment many genes whose expression can be used to differentiate the immune response in adults and the elderly were found. These genes were concentrated in some metabolic pathways, including oxidative phosphorylation, mitochondrial dysfunction, TGF- signaling, and others. Besides the analysis using mRNAs, this work shows strong indications of mRNAs interactions with non coding RNAs, most of which have no known function. To propose a role for noncoding RNAs a coexpression network was built in which some RNAs of unknown function showed strongly connected to genes of the molecular pathways of the ribosome and mitochondria. It was also noted that for the elderly, the coexpression network is less centralized, supporting the hypothesis that altering the expression of a few key genes can be a determining factor for altering the gene expression of a larger set

A comparação de genomas é uma importante tarefa na qual a bioinformática pode ser aplicada, uma vez que ela permite a identificação de genes patogênicos, o que, por sua vez, pode auxiliar a combater ou a prevenir o surgimento de doenças. A partir da comparação de genomas, também é possível realizar a análise filogenética, que permite entender as relações evolutivas entre diferentes organismos. Em genomas de bactérias, essa análise geralmente é realizada com base no gene 16S rRNA. Entretanto, apesar de ser amplamente utilizado, filogenias com base nesse gene podem ter dificuldades para diferenciar organismos muito próximos evolutivamente. Essa importância da comparação de genomas e a necessidade de uma metodologia que permita distinguir organismos evolutivamente próximos na análise filogenética motivaram este trabalho, que teve como objetivo implementar ferramentas computacionais para identificar genes homólogos em genomas e, com base nesses genes, gerar filogenias e analisar se é possível distinguir os organismos evolutivamente próximos nessas filogenias. Para tanto, as ferramentas desenvolvidas para identificação de genes homólogos recebem resultados de alinhamentos e os filtram, de modo que dois genes são considerados homólogos se o alinhamento entre eles satisfizer os limiares definidos. Após a identificação das famílias de genes homólogos, tabelas são geradas com informações a respeito dos genes homólogos em cada genoma e, com base nessas tabelas, é possível gerar matrizes de distância e utilizar métodos de agrupamento hierárquico para a geração da filogenia ou realizar alinhamentos múltiplos com os genes identificados para posterior reconstrução filogenética. Além disso, também é possível representar os genes e famílias de genes homólogos por meio de um grafo, que pode auxiliar na escolha dos limiares para filtrar os alinhamentos. Para demonstrar e analisar a aplicabilidade das ferramentas desenvolvidas e das abordagens adotadas, experimentos foram realizados utilizando genomas de bactérias do gênero Xanthomonas, que contém um grande grupo de bactérias que causam doenças em plantas. Os resultados obtidos foram então comparados com filogenias de referência e com resultados de outros experimentos realizados. Essas comparações demonstraram que as famílias de genes homólogos podem ser úteis para distinguir genomas de organismos muito próximos evolutivamente, apesar de que essa abordagem apresentou dificuldades para separar os grupos de genomas mais distantes. Em contrapartida, na filogenia gerada a partir da região 16S rRNA, foi possível diferenciar esses organismos mais distantes, mas não foi possível distinguir os organismos muito próximos. Por fim, os experimentos realizados fornecem indícios de que as ferramentas desenvolvidas e as abordagens adotadas podem ser úteis para diferenciar genomas muito próximos evolutivamente de outros procariotos além das bactérias estudadas neste trabalho / Genome comparison is an important task on which bioinformatics can be used because it allows the identification of pathogen genes which can aid the combat of diseases and to avoid the emerging of new ones. Genome comparison also allows the phylogenetic analysis which provides the understanding of evolutional relations of different organisms. In bacterial genomes, this analysis is commonly based on 16S rRNA gene. Unfortunately, it can present some difficulties to distinguish closely related organisms. This importance of genome comparison and the necessity of a methodology to distinguish organisms that are closely related motivated this study, which aimed the development of computational tools to identify homologous genes in genomes, to use these genes to reconstruct phylogenies and to analyze if it is possible to distinguish closely related organisms on these phylogenies. To achieve this purpose, the developed tools to identify homologous genes receive the alignments results and filter it, such that two genes are homologous if their alignment satisfies the thresholds. After the identification of homologous gene families, the tools generates tables with information about the homologous genes presents in each genome and with these tables it is possible to create distance matrix to be used by hierarchical clustering methods to generate phylogenies or it is possible to perform multiple alignments with the identified genes to accomplish a phylogenetic reconstruction. Besides that, it is possible to represent the genes and homologous gene families in a graph, which can aid the choice of the thresholds to filter the alignments. To demonstrate and analyze the applicability of the developed tools and the approaches chosen in this study, experiments were performed using genomes of the bacterial genus Xanthomonas, which include a group of phytopathogenic bacteria. The results obtained were compared with reference phylogenies and with results of other experiments. These comparisons showed that homologous gene families can be used to differentiate closely related organisms, despite the fact that it presented difficulties to distinguish the groups of genomes that were evolutionarily far from each other. On the other hand, the phylogeny based on 16S rRNA region allows to distinguish the groups of genomes that were distant, but it was not possible to differentiate closely related organisms. As a conclusion, the experiments performed give pieces of evidence that the developed tools and the approaches adopted can be useful to distinguish genomes of closely related organisms of other prokaryotes besides the bacterias considered in this study

Experimentos ambientais são fundamentais para entender os efeitos das mudanças climáticas, como o decréscimo de polinizadores encontrados na natureza. Esses experimentos devem ser compartilhados com uma metodologia integrada. Desenvolver e aplicar ferramentas de tecnologia da informação em diferentes áreas de pesquisa é primordial para melhorar processos de controle e análise de dados, sem requisitar que pesquisadores de outras áreas tenham conhecimentos avançados em tecnologias da computação. Para isso, é importante a utilização de uma infraestrutura de hardware e software aberta e disponível aos pesquisadores, por meio de portais na web conhecidos como Weblabs, para aquisição e compartilhamento de dados obtidos através de sensores. Este trabalho apresenta uma arquitetura de sistemas de informação para a implementação de Weblabs a partir dos conceitos de SOA, para solucionar o problema de heterogeneidade e interoperabilidade de ambientes, visto que os dados são coletados por diferentes tecnologias de redes de sensores em suas bases de dados. Para tanto, fez-se necessária a modelagem de uma base de dados central capaz de armazenar dados oriundos de diferentes sistemas, acessíveis por meio do consumo de serviços disponibilizados pelo Weblab. / Environmental experiments are fundamental to understand the effects of climate change, such as the decline of pollinators in nature. These experiments should be shared with an integrated methodology. Develop and apply tools of information technology in different areas of research is essential for improving process control and data analysis, without requiring that researchers from other fields have advanced knowledge in computing technologies. For this it is important to use an open infrastructure of hardware and software made available to researchers through web portals, known as Weblab for acquisition and sharing of data obtained by sensors. This paper presents a model of information systems architecture for the implementation of a Weblab based on the concepts of SOA, to solve the problem of heterogeneity and interoperability of environments, since the data is collected by different network technologies of sensors in its databases. It was necessary for the modeling of central database capable of storing data from different systems accessible through the consumption of the service provided by the Weblab.